689

The Journal o f KMUTNB. , Vol . 22, No. 3 , Sep. - Dec. 2012วารสารวชาการพระจอมเกลาพระนครเหนอ ปท 22 ฉบบท 3 ก.ย. - ธ.ค. 2555

* อาจารย ภาควชาเทคโนโลยการออกแบบและผลตเครองจกรกลอตสาหกรรมเกษตร คณะเทคโนโลยและ

การจดการอตสาหกรรม มหาวทยาลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ วทยาเขตปราจนบร Tel. 0-3721-7327, E-mail: s_wannapakhe@hotmail.com

รบเมอ 10 เมษายน 2555 ตอบรบเมอ 12 กรกฎาคม 2555

การประยกตใชงานทอความรอนและเทอรโมไซฟอนในประเทศไทย

Heat Pipe and Thermosyphon Applications in Thailand

สกลตลา วรรณปะเข*

Sakultala Wannapakhe*

บทคดยอ

ทอความรอนและเทอรโมไซฟอนเปนอปกรณแลกเปลยนความรอนทมสมรรถนะการถายเทความรอนสงและทำางานไดโดยไมตองอาศยพลงงานจากภายนอก ดวยขอดหลายประการจงทำาใหนกวจยไดประยกตใชทอความรอนและเทอรโมไซฟอนในการแลกเปลยนความรอนและชวยประหยดพลงงาน สำาหรบประเทศไทยนนปจจบนไดเรมมการประยกตใชประโยชนจากทอความรอนและเทอรโมไซฟอนมากขน โดยทอความรอนนนมดวยกนหลายประเภทซงแตละประเภทถกออกแบบเพอใหสามารถสงถายความรอนไดดทสดและเหมาะสมกบการประยกตใชงาน การประยกตใชงานในประเทศไทยนน สวนมากจะถกประยกตใชเพอชวยประหยดพลงงานในการถายเทความรอนและชวยกระจายความรอน เปนตน เชน การประยกตใชในเตาอบ การประยกตใชในกระบวนการอบแหง เครองทำานำาอนจากแสงอาทตย การประยกตใชระบายความรอนในคอมพวเตอร และนอกเหนอจากทกลาวมายงไดมการประยกตใชในงานทเกยวของกบการถายเทความรอนอกหลากหลายงาน ซงในการประยกตใชงานทอความรอนนน พบวาทอความรอนสามารถชวยประหยดพลงงานความรอนและชวยในการกระจายความรอนไดเปนอยางด

คำาสำาคญ: ทอความรอน ฮทไปท เทอรโมไซฟอน เครองแลกเปลยนความรอน

AbstractHeat pipe and thermosyphon are heat transfer

devices with high performance of heat transfer and heat exchanger without the use of energy from outside. With many advantages of heat pipe, researchers have applied these devices for using in heat exchange and energy saving. Nowadays, in Thailand heat pipe has been widely applied to suit various types of work. There are several types of heat pipe designed for the highest effective heat transfer such as oven application, drying process, solar water heater, and heat sinks in a computer

Keywords: Heat Pipe, Thermosyphon, Heat Exchanger

1. บทนำาทอความรอนและเทอรโมไซฟอนเปนอปกรณท

ใชในการแลกเปลยนความรอนชนดหนงโดยมหลกการ

690

วารสารวชาการพระจอมเกลาพระนครเหนอ ปท 22 ฉบบท 3 ก.ย. - ธ.ค. 2555The Journal o f KMUTNB. , Vol . 22, No. 3 , Sep. - Dec. 2012

ทำางานคลายกบเครองแลกเปลยนความรอนทวๆ ไป คอ ใหความรอนแกของไหลตวหนงในขณะเดยวกนกระบายความรอนออกจากของไหลอกตวหนง ซงโครงสรางของ ทอความรอนและเทอรโมไซฟอนทวไปนนจะประกอบไปดวยตวทอซงอาจทำามาจากโลหะชนดตางๆ และบรรจ สารทำาความเยนตามปรมาตรทกำาหนดไวภายในและทำา การปดหวทายของทอ โดยทขอแตกตางของเทอรโม ไซฟอนและทอความรอนนนจะมขอแตกตางกนทโครงสราง ภายในตวทอโดยทอความรอนนนจะมวสดพรน (Wick) บรรจอยภายในชองตรงกลางทอสวนเทอรโมไซฟอนนน จะไมมวสดพรนบรรจอยดงนนจงทำาใหเทอรโมไซฟอนนนมขอจำากดในดานการทำางานคอจะทำางานไดดเมอสวนทำาระเหย (Evaporator Section) อยทดานลางแตขอดของเทอรโมไซฟอนคอสามารถสรางไดงายกวาทอความรอนทตองบรรจวสดพรนไวภายใน ขอดของทอความรอนและเทอรโมไซฟอนทเหนไดอยางชดเจนคอ

1. ไมตองใชพลงงานเสรมในการใชงาน 2. อณหภมทใชงานมชวงกวางและสามารถทำางานได

แมความแตกตางระหวางอณหภมของแหลงใหความรอน และแหลงรบความรอนตางกนไมมาก เมอเลอกของเหลว ใชงานใหเหมาะสมกบชวงอณหภม

3. อตราของการถายเทความรอนตอพนทหนงหนวย มคาสง

4. ปญหาในการใชงานและการดแลรกษามนอย โดยเฉพาะในประเทศไทยถอไดวาเปนอกประเทศมการใชพลงงานในดานตางๆ มาก ทงในครวเรอนและในภาคอตสาหกรรม ซงมกเกดความรอนทงจากกระบวนการตางๆ โดยหากสามารถนำาความรอนทงทเกดขนมาใชประโยชนกจะชวยลดการใชพลงงานในสวนทตองการแลกเปลยนความรอนในกระบวนการอนได ซงหากลดการใชพลงงานในสวนการแลกเปลยนความรอนไดกจะชวยลดการใชพลงงานไดเชนกน โดยทอความรอนและเทอรโมไซฟอนนนสามารถนำาไปประยกตใชได ดวยขอดในดานการถายเทความรอนของทอความรอนและเทอรโม ไซฟอนนนจงไดมนกวจยหลายทานนำาทอความรอนและเทอรโมไซฟอนมาประยกตใชในการแลกเปลยนความรอน

2. ประเภทของทอความรอน2.1 ฮทไปป (Heat Pipe)

เปนทอปดผนก ภายในบรรจวสดพรน (Wick) และ ของเหลวใชงาน (Working Fluid) ทความดนสญญากาศ (ไมมกาซไมควบแนนเหลออย) เมอฮทไปปรบความรอน จากแหลงใหความรอน ผานผนงทอของชวงการระเหย (Evaporation Section) ไปยงวสดพรน ของเหลวใชงาน ทอยในวสดพรนจะระเหยกลายเปนไอ ไอทเกดขนจะเคลอนทตามทอไปยงชวงการควบแนน (Condensation Section) ซงมความดนไอตำากวา ณ ทนความรอนแฝงทเกดจากการควบแนนจะถายเทผานผนงทอไปสแหลง รบความรอน สวนของเหลวจากการควบแนนจะไหลซมกลบไปยงชวงการระเหยโดยแรงคาปลาร (Capillary Action) ของวสดพรน ดงรปท 1

2.2 กาลกความรอนหรอเทอรโมไซฟอน (Thermosyphon) มลกษณะรปรางคลายกบทอฮทไปปเพยงแตภายใน

ของเทอรโมไซฟอนนนจะไมมวสดพรน การทำางานจะอาศยการเปลยนสถานะและความรอนแฝงทเกดขนภายในของทอความรอนเปนตวสงถายความรอน

รปท 1 ทอความรอน (Heat Pipe)

691

The Journal o f KMUTNB. , Vol . 22, No. 3 , Sep. - Dec. 2012วารสารวชาการพระจอมเกลาพระนครเหนอ ปท 22 ฉบบท 3 ก.ย. - ธ.ค. 2555

เทอรโมไซฟอนเปนอปกรณสงถายความรอนชนดหนงทมความสามารถสงถายความรอนไดสงมาก ประมาณ 200 เทาเมอเทยบกบคาการนำาความรอนของทองแดงทมมตเทากน [1] ทอทใชทำาจากทอปลายปดทงสองดานภายในเปนสญญากาศบรรจสารทำางาน (Working Fluid) ไวจำานวนหนง ซงชนดของสารทำางานขนอยกบอณหภมทจะนำาเทอรโมไซฟอนไปใชงาน แตขอเสยของ เทอรโมไซฟอนคอสมรรถนะในการสงถายความรอนจะลดลงเมอมมทำางานของเทอรโมไซฟอนเขาใกลแนวแกน x ทเปนเชนนเนองจากเทอรโมไซฟอนไมมวสดพรนบรรจภายในทอ ดงนน แรงดงดดของโลกจงสงผลตอการทำางานของเทอรโมไซฟอนดวย

2.3 ทอความรอนชนดพเศษ (Special Heat Pipe) เปนทอความรอนทมรปแบบแตกตางจากทอความรอน

ทไดกลาวมาแลวโดยทอความรอนชนดพเศษนจะถกออกแบบและสรางมาเพอใหไดทอความรอนทมสมรรถนะในการถายเทความรอนสงสดและเหมาะสมกบการนำาไป ประยกตใชงาน ตวอยางเชน ทอความรอนชนดสน

(Oscillating Heat Pipe, Pulsating Heat Pipe) โดยท Akachi, Polasek และ Stulc [2] ไดกลาวไววาทอความรอน ชนดนเปนทอความรอนชนดหนงซงมการถายเทความรอนจากแหลงทเกดความรอนไปยงแหลงรบความรอนเชนเดยวกบทอความรอนทวๆ ไป แตลกษณะและหลกการทำางานจะแตกตางกนโดย ทอความรอนชนดสนจะมลกษณะเปนทอคาปลาร (ทอทองแดงทขนาดเสนผานศนยกลางภายในเลกๆ) ทนำามาดดโคงกลบไปกลบมา ระหวางสวนของการทำาระเหยกบสวนควบแนนภายในทอคาปลารจะมสารทำางานอย 2 แบบ คอสวนทเรยกวากอนของเหลว (Liquid Slug) และสวนทเรยกวาฟองไอ (Vapor Bubble) ทงกอนของเหลวและฟองไอ จะจดเรยงตวแบบสลบกนไปมา ทอความรอนชนดสน จะสามารถทำางานไดทงในแนวระดบและแนวดง โดยทวไปแบงออกได 3 ชนด คอ ทอความรอนแบบสนปลายปด (Closed-end Oscillating Heat Pipe, CEOHP) ทอความรอนแบบ

รปท 2 ลกษณะทวไปของเทอรโมไซฟอน

รปท 3 ทอความรอนแบบสน (ก) CEOHP (ข) CLOHP (ค) CLOHP/CV

692

วารสารวชาการพระจอมเกลาพระนครเหนอ ปท 22 ฉบบท 3 ก.ย. - ธ.ค. 2555The Journal o f KMUTNB. , Vol . 22, No. 3 , Sep. - Dec. 2012

สนวงรอบ (Cloed-loop Oscillating Heat Pipe, CLOHP) และทอความรอนแบบสนวงรอบทตดตงวาลวกนกนกลบ (Closed-loop Oscillating Heat Pipe with Check Valves, CLOHP/CV) โดยทอทง 3 ชนดแตกตางกนทลกษณะของการเชอมตอปลายทอและการตดตงวาลวกนกลบเพมเขาไปยงทอความรอน ดงรปท 3

นอกเหนอจากนนยงมทอความรอนชนดพเศษอกหลายประเภททถกออกแบบและสรางขนมาเพอประยกตใชงานตามความเหมาะสม เชน L-type Heat Pipe, U-shape Heat Pipe, Flat-shaped Heat Pipe, ทอความรอนชนดทปรบเปลยนคาการนำาได (Variable Conductance Heat Pipes, VCHPs) ทอความรอนชนดใหความรอนไหลผานทางเดยว (Thermal Diodes) ทอความรอนชนดหมน (Rotating Heat Pipes) ทอความรอนชนดวงรอบ (Loop Heat Pipe) ฯลฯ

3. สารทำางานทใชโดยทวไปสำาหรบทอความรอนและเทอรโมไซฟอน

สารทำางานทใชนนโดยทวไปจะใชสารทำาความเยน ซงการเลอกใชสารทำางานสำาหรบทอความรอนและเทอรโมไซฟอนนนโดยทวไปจะคำานงถงลกษณะการประยกตใชงานซงจะทำาใหผใชสามารถทราบชวงของอณหภมการทำางานของทอความรอน นอกจากการประยกตใชงานแลวยงตองคำานงถงคณสมบตอนอก เชน ชนดของวสด

พรน วสดทใชทำาทอความรอน คาความรอนแฝงของสารทำางานทมคาสง คาการนำาความรอนของสารทำางานทมคาสง คาความหนดของของเหลวและไอของสารทำางานทมคาตำา ฯลฯ สำาหรบประเทศไทยนนสารทำางานทนยมใชสำาหรบทอความรอนและเทอรโมไซฟอนทพบเหนไดบอยครงในงานวจยดงแสดงในตารางท 1

4. การประยกตใชงานทอความรอนและเทอรโมไซฟอนเนองจากทอความรอนมสมรรถนะในการถายเท

ความรอนทสงดงนนจงมการคดคนออกแบบสรางและ

รปท 4 ทอทองแดงคาปลารทขดเปนทอความรอนแบบสน

รปท 5 ทอความรอนชนดหมน [3]

693

The Journal o f KMUTNB. , Vol . 22, No. 3 , Sep. - Dec. 2012วารสารวชาการพระจอมเกลาพระนครเหนอ ปท 22 ฉบบท 3 ก.ย. - ธ.ค. 2555

นำาไปประยกตใชในการถายเทความรอน ซงชวยในการประหยดพลงงานและชวยกระจายความรอนได โดยสำาหรบการประยกตใชงานในประเทศไทยทมนกวจยไดคดคนและประยกตใชประโยชนจากทอความรอนชนดตางๆ ไวหลากหลายดงตวอยางเชน

4.1 การประยกตใชงานในเตาอบสำาหรบการประยกตใชงานทอความรอนในเตาอบนน

ไดมนกวจยหลายทานทงภายในและตางประเทศไดทำาการประยกตใชทอความรอนชนดตางๆ มาใชเพอชวยประหยดพลงงานและชวยในการกระจายอณหภมภายในหองอบ เชน Paramethanuwat และคณะ [6] โดยทำาการประยกตใชเทอรโมไซฟอนเพอประหยดพลงงานและชวยในเรองของสของไสกรอกปลามความสมำาเสมอโดยตดตง ในเตาอบรมควนไสกรอกปลาของหางหนสวนจำากดกาฬสนธผลตภณฑอาหาร จงหวดกาฬสนธ ตดตง เทอรโมไซฟอนเพอใหสามารถใชในอตสาหกรรมอาหารไดเทอรโมไซฟอนจงทำาจากทอเหลกไรสนม AISI304 เสนผานศนยกลางภายในคอ 25.4 มลลเมตร ความยาว ของเทอรโมไซฟอนออกแบบใหเหมาะสมกบขนาดของหองอบ คอสวนทำาระเหยคอ 300 มลลเมตร และสวนควบแนนคอ 1200 มลลเมตร สารทำางานทใชคอ นำา ซลเวอรนาโนฟลอดทความเขมขน 0.5% (w/v) และโกลดนาโนฟลอดทความเขมขน 0.5% (w/v) ปรมาณ

การเตมสารทำางานเพอใชในการทดสอบคอ 50% ของปรมาตรสวนทำาระเหย ซงสามารถคำานวณคาการถายเทความรอนของแตละแทงไดจากสมการ (1)

(1)

เมอ Qtheorical หมายถง การถายเทความรอนสงสดในทางทฤษฎ (W)

Ztotal หมายถง คาความตานทานความรอนรวมในวงจรไฟฟาสมมล (K/W)

ΔTหมายถง คาความแตกตางของอณหภมสวนทำาระเหยและสวนควบแนน (K หรอ oC)

จากคาการถายเทความรอนทตองการกระจายความรอน ในหองอบและคาการถายเทความรอนของเทอรโมไซฟอน ทคำานวณได Paramethanuwat และคณะ [6] จงใช เทอรโมไซฟอนทงหมด 30 แทง ตดตงภายในหองอบ ดงรป ท 6 จากการทดสอบพบวาสของผลตภณฑไสกรอกปลาทไดมสทสมำาเสมอกวาเตาอบทไมไดตดตงเทอรโมไซฟอน และนอกจากนนยงชวยใหประหยดเวลาในการอนเตาอบรมควนสงผลใหประหยดเชอเพลงในกระบวนการอบอกดวย

ตารางท 1 ตวอยางสารทำางานสำาหรบทอความรอนและเทอรโมไซฟอนทนยมใช [4],[5]

ชนดสารทำางาน จดหลอม ละลาย (oC)

จดเดอดทความดน บรรยากาศ (oC)

นำา 0 100เมทานอล -98 64เอทานอล -112 78แอมโมเนย -78 -33

R123 -107 27.6R141b -103.5 32R134a -103.3 -26.3

R11 (Freon 11) -110.48 23.77R12 -157.7 -29.8R22 -175.42 -40.7

รปท 6 เตาอบไสกรอกปลาทตดตงเทอรโมไซฟอน [6]

694

วารสารวชาการพระจอมเกลาพระนครเหนอ ปท 22 ฉบบท 3 ก.ย. - ธ.ค. 2555The Journal o f KMUTNB. , Vol . 22, No. 3 , Sep. - Dec. 2012

รปท 7 การทดสอบเตาอบทตดตงทอความรอนแบบสนปลายปด [7]

นอกจากประยกตใชในเตาอบของอตสาหกรรมแลวยงมการประยกตใชกบเตาอบสำาหรบครวเรอน เชน งานวจยของ ลาตะพร และสกลตลา [7] ศกษาเกยวกบอณหภมของอากาศภายในเตาอบไฟฟาขนาด 1,200 วตต และ 800 วตต โดยไดเลอกใชทอความรอนชนดสนปลายปดตดตงเขาไปภายในหองอบ ขนาดเสนผานศนยกลางของทอคำานวณไดจากสมการของ Maezawa และคณะ [8] ดงสมการท 2 และสารทำางานทใชคอ นำา เอทานอล และ R123 ปรมาตรของสารทำางานทเตมคอ 50% ของปรมาตรรวมของทอ

(2)

เมอ σ หมายถง แรงตงผวρ หมายถง ความหนาแนนg หมายถง ความเรงเนองจากแรงโนมถวงทำาการทดสอบเปรยบเทยบกบเตาอบไฟฟาตนแบบ

ขนาด 1,200 วตต โดยควบคมอณหภมของฮทเตอร ท 200oC ใชเวลาในการอบ 40 นาท จากการทดสอบ พบวาเตาอบไฟฟาขนาด 1,200 วตต ทตดตงทอ ความรอนชนดสนปลายปดสามารถชวยเพมอณหภมภายในหองอบได ดงแสดงในรปท 7 นอกจากนน ยงชวยเพมระยะเวลาของการลดลงของอณหภมอากาศภายในเตาอบหลงจากการทดสอบอบ 40 นาท และชวยใหการกระจายตวของอณหภมของอากาศภายใน มคาใกลเคยงกน

4.2 การประยกตใชงานสำาหรบกระบวนการอบแหงเนองจากกระบวนการอบแหงนนถอไดวาเปน

กระบวนการหนงทชวยรกษาผลตผลทางการเกษตรหลงการเกบเกยววธหนงทนยมใชในประเทศไทย เพอชวยรกษาผลตผลทางการเกษตรแตกระบวนการอบแหงโดยทวไปยงถอวาใชพลงงานสงดงนนจงไดม นกวจยหลายทานทประยกตใชทอความรอนมาชวยในการลดการใชพลงงานสำาหรบกระบวนการอบแหงโดยทไมสงผลกระทบตอสมบตของผลตผลทางการเกษตร หลงผานกระบวนการอบแหงทวไป เชน Meena, Rittidech และ Poomsa-ad. [9] ไดทำาการออกแบบสรางและทดสอบเครองอบแหงแบบลมรอนทประยกตใชทอความรอนแบบสนวงรอบทตดตงวาลวกนกลบ ตดตงเขาไปในเครองอบแหงดงรปท 9 เพอชวยใน การลดความชนในอากาศหลงออกจากหองอบและนำาเอาอากาศรอนวนกลบเขามาใชใหมและเพมอณหภม ของอากาศกอนเขาสวนทำาความรอนโดยฮทเตอรทำาใหชวยลดการใชพลงงานได ทอความรอนแบบสนวงรอบทตดตงวาลวกนกลบออกแบบโดยตดตงวาลวกนกลบ

รปท 8 แสดงการเพมขนของอณหภมอากาศภายใน

เตาอบไฟฟาตนแบบ 1,200 วตต เทยบกบเตาอบไฟฟา 1,200 วตต ทตดตงทอความรอนชนดสนปลายปด (CEOHP) จำานวนโคงเลยว 8 12 และ 14 โคงเลยว สารทำางานคอ นำา อตรา การเตมสาร 50% Le = 50 มลลเมตร ขนาดเสนผานศนยกลางทอ 2.03 มลลเมตร [7]

695

The Journal o f KMUTNB. , Vol . 22, No. 3 , Sep. - Dec. 2012วารสารวชาการพระจอมเกลาพระนครเหนอ ปท 22 ฉบบท 3 ก.ย. - ธ.ค. 2555

จำานวน 1 ตว ตามผลการวจยของ Rittidech, Pipatpaiboon และ Terdtoon [10] ในป 2007 ไดทดสอบหาอตราสวนของจำานวนวาลวกนกลบตอจำานวนโคงเลยว ซงพบวาอตราสวนของจำานวนวาลวกนกลบตอจำานวนโคงเลยวทสามารถสงถายความรอนไดดทสดคอ 0.2 สำาหรบงานวจยนเครองอบแหงแบบลมรอนไดตดตงทอความรอนแบบสนวงรอบทตดตงวาลวกนกลบจำานวน 2 ชด โดยแตละชดมจำานวนโคงเลยว 20 โคงเลยว ขนาดเสนผานศนยกลางภายในทอความรอนเทากบ 2.03 มลลเมตร จากรปท 9 CLOHP/CV Set 1 ประกอบไปดวยทอความรอนแบบสนวงรอบทตดตงวาลวกนกลบ 1 ชด และ CLOHP/CV Set 2 ประกอบไปดวยทอความรอนแบบสนวงรอบทตดตงวาลวกนกลบ 2 ชด สารทำางานทใชในการทดสอบคอ นำา เอทานอล และ R123

4.3 การประยกตใชงานกบเครองปรบอากาศปจจบนประเทศไทยนยมตดตงเครองปรบอากาศ

ภายในอาคารและบานเรอนและในการใชงานเครองปรบอากาศแตละครงนนมกจะมพลงงานความรอนทงออกไปนอกอาคารและบานเรอนและมกสนเปลองพลงงาน ดงนน จงไดมนกวจยในประเทศไทยหลายทานไดประยกตใชทอ

ความรอนและเทอรโมไซฟอนกบเครองปรบอากาศ เชน Naphon [11] ในป 2010 ไดตดตงทอความรอนททำาจากทอทองแดงขนาดเสนผานศนยกลาง 10 มลลเมตร ยาว 600 มลลเมตร สารทำางานทใชคอ R134a ตดตงทสวนระบายอากาศทงดงรปท 10

เมอทำาการทดสอบหาสมรรถนะของระบบปรบอากาศโดยควบคมอณหภมภายในหองทดสอบท 25–26oC เปนเวลา 16 ชวโมง พบวาเมอตดตงทอความรอนดงกลาว แลวคา COP เพมขน 6.4% และ EER เพมขน 17.5%

และนอกจากนนในป 2011 Supirattanakul, Rittidech และ Bubphachot [12] ไดทำาประยกตใชทอความรอนแบบสนวงรอบทตดตงวาลวกนกลบเพอชวยในการเพมสมรรถนะสำาหรบระบบการปรบอากาศ ทอความรอนแบบสนวงรอบทตดตงวาลวกนกลบ ดงรปท 12 ทำาจากทอทองแดงยาวแบบคาปลลารขนาด

รปท 9 แสดงโครงสรางของเครองอบแหงและจดทใช ในการวดอณหภม 1, Thi; 2, Tho; 3, Thi; 4, Tho; 5, Tci; 6, Tco; 7, Tci; 8, Tco. [9]

รปท 10 ทอความรอนและรปแบบของคอยลรอนทตดตงทอความรอน [11]

696

วารสารวชาการพระจอมเกลาพระนครเหนอ ปท 22 ฉบบท 3 ก.ย. - ธ.ค. 2555The Journal o f KMUTNB. , Vol . 22, No. 3 , Sep. - Dec. 2012

เสนผานศนยกลาง 2.03 มลลเมตร 56 โคงเลยว จำานวนวาลวกนกลบคอ 2 ตว ดงรปท 13 ขนาดของสวน ทำาระเหยและสวนควบแนนคอ 220 มลลเมตร และ สวนควบแนนคอ 190 มลลเมตร สารทำางานทใชใน การทดสอบคอ R134a, R22 และ R502 เตมเขาไป ในทอความรอนปรมาณ 50% ของปรมาตรรวมของ ทอ เมอตดตงชดทอความรอนแบบสนวงรอบทตดตงวาลวกนกลบดงรปท 14 โดยเครองปรบอากาศทใชในการทดสอบมขนาด 16,000 BTU/h อณหภมภายในหองทดสอบคอ 20–27oC โดยทำาการทดสอบ 8 ชวโมงตอวน ในชวงเวลา 8.00–24.00 น. จากการทดสอบ พบวาคา COP เพมขน 14.9% และ EER เพมขน 17.6%

รปท 13 ตำาแหนงทตดตงวาลวกนกลบ [12]

4.4 การประยกตใชงานกบเครองทำานำาอนพลงงานแสงอาทตย

ประเทศไทยนนถอไดวาเปนประเทศทมพลงงานทางดานความรอนทเกดจากแสงอาทตยทด เนองจากลกษณะภมศาสตรและสภาพอากาศทเหมาะสม ดงนนจงไดมงานวจยทเกยวของกบการนำาพลงงานความรอนทไดจากแสงอาทตยมาประยกตใชงานกนเปนจำานวนมาก และสำาหรบเครองทำานำาอนพลงงานแสงอาทตยนนปจจบนไดมการพฒนาไปในรปแบบเชงพาณชยแลว อนเนองมาจากคนไทยนยมใชนำาอนในการอปโภค ตวอยาง งานวจยทเกยวของกบการประยกตใชงานกบเครองทำา นำาอนพลงงานแสงอาทตย เชนในป 2009 Rittidech, Donmaung และ Kumsombut [13] ไดออกแบบ สรางและ ทดสอบชดแผงรบพลงงานแสงอาทตยแบบทอความรอนชนดสน วงรอบทตดตงวาลวกนกลบโดยทอความรอนจะถกตดตงอยภายในทอแกวทรงกระบอกขนาดเสนผานศนยกลางภายใน 58 มลลเมตร ยาว 1,500 มลลเมตร ซงสวนควบแนนของทอความรอนจะอยในถงเกบนำา โดยทอความรอนแบบสนวงรอบทตดตงวาลวกนกลบสำาหรบ

รปท 11 แผนภมการทำางานและอปกรณทใชในการทดสอบ [11]

รปท 12 ชดทอความรอน CLOHP/CV [12]

697

The Journal o f KMUTNB. , Vol . 22, No. 3 , Sep. - Dec. 2012วารสารวชาการพระจอมเกลาพระนครเหนอ ปท 22 ฉบบท 3 ก.ย. - ธ.ค. 2555

งานวจยนทำาจากทอทองแดงขนาดเสนผานศนยกลาง ภายใน 3 มลลเมตร และตดตงวาลวกนกลบจำานวน 2 ตว ทอความรอนทสรางม 6 โคงเลยว ความยาวรวมของทอคอ 26.40 เมตร สารทำางานทใชคอฟรออน 134a อตราการเตมสารทำางานคอ 50% ของปรมาตรรวมของทอ ชดแลกเปลยนความรอนมทงหมด 10 ชด แผนรบรงสทำาจากอะลมเนยมหนา 1 มลลเมตร โครงสรางของเครองแลกเปลยนความรอนตนแบบ ดงรปท 15 โดยพบวาแผงรบพลงงานแสงอาทตยทสรางขนมคาประสทธภาพสงถง 76% เมอเทยบกบสดสวนของอณหภมแตกตางระหวางแผงรบรงสกบอณหภมของนำาตอคาการแผรงสอาทตย

4.5 การประยกตใชงานสำาหรบคอมพวเตอร

สำาหรบประเทศไทยนนไดมการศกษาวจยเกยวกบ การนำาทอความรอนไปชวยในการระบายความรอนของคอมพวเตอร โดยการทจะประยกตใชทอความรอนสำาหรบใชระบายความรอนของคอมพวเตอรไดนนทอความรอนทประยกตใชตองสามารถทำางานไดแมอยในแนวระดบ ดงนนตวอยางเชน Rittidech, Boonyaem

รปท 15 ชดแผงรบพลงงานแสงอาทตยแบบทอ ความรอนชนดสนวงรอบทตดตงวาลวกนกลบ โดยทอความรอน โดย (a) CLOHP/CV Circular Tube Solar Collector; (b) Adiabatic Gap; (c) Condenser Water Tank; (d) Water Storage Tank; (e) Water Pump [13]

รปท 14 ไดอะแกรมการทดสอบ [12]

698

วารสารวชาการพระจอมเกลาพระนครเหนอ ปท 22 ฉบบท 3 ก.ย. - ธ.ค. 2555The Journal o f KMUTNB. , Vol . 22, No. 3 , Sep. - Dec. 2012

รปท 16 Prototype : (a) Aluminum Base Plate (b) Copper Fin (c) CEOHP [14]

และ Tipnet [14] ไดศกษาวจยและประยกตใชทอ ความรอนชนดพเศษแบบสนปลายปดหรอทอความรอน แบบสนปลายปด (Closed-end Oscillating Heat Pipe, CEOHP) ทมขนาดเสนผานศนยกลางภายใน 2 มลลเมตร โดยใหทอความรอนยดตดอยกบฐานของชด CPU ของคอมพวเตอรแบบตงโตะ ซงขนาดของชดแลกเปลยน ความรอนสำาหรบงานวจยนขนอยกบขนาดของชป CPU (SL 6 PB, 2.26 GHZ, ขนาด 58 วตต อณหภม 70°C) โดยสวนของสวนทำาระเหย (Evaporator) ฝงอยใน ตวเรอนอะลมเนยมและสวนควบแนน (Condenser) ยดตด กบครบระบายความรอน จากผลการทดลองโดยใชพดลม ระบายอากาศทความเรวรอบ 2,000 rpm และ 4,000 rpm พบวาทอความรอน CEOHP สามารถชวยระบายความรอนจาก CPU ไดดกวาการระบายความรอนดวยครบระบายความรอน ดงแสดงในรปท 16

นอกจากทอความรอนชนดสนแลวยงมนกวจยทประยกตใชทอความรอนแบบมวสดพรนสำาหรบระบายความรอนของคอมพวเตอร เชน ในป 2553 โสภณ [15] ไดศกษาถงลกษณะเฉพาะทางความรอนของทอความรอน ทใชวสดพรนซนเตอรทเหมาะสมสำาหรบการระบายความรอนคอมพวเตอรแบบพกพา โดยทอความรอนทำาจากทอทองแดงขนาดเสนผานศนยกลางภายนอก 6 มลลเมตร ทมเสนผานศนยกลางภายใน 5.32 มลลเมตร กำาหนดใหสวนทำาระเหยเทากบ 15 มลลเมตร สวนกน

ความรอนเทากบ 100 มลลเมตร และสวนควบแนนเทากบ 70 มลลเมตร (ความยาวสวนทำาระเหย ความยาว สวนกนความรอน และความยาวสวนควบแนน คดเปนสดสวนตอความยาวทงหมดเทากบ 7.5%, 50% และ 35% ตามลำาดบ) โครงสรางของวสดพรนทำามาจาก ผงทองแดงทรงกลมทมชวงของขนาดเสนผานศนยกลางเทากบ 150–212 และ 250–297 ไมโครเมตร โดยใชสดสวนการผสมระหวางทองแดงทง 2 ชวงมคาเทากบ 1 : 0, 3 : 1, 1 : 1, 1 : 3 และ 0 : 1 กำาหนดใหวสดพรนมความหนา 0.46 มลลเมตร โดยทำาการซนเตอร ผงทองแดงทอณหภม 0–1,200oC สารทำางานทใชในการทดสอบคอ นำา และทำาการทดสอบทมมเอยง 0o จากแนวระดบ ซงขอบเขตทโสภณ สนสราง ไดกำาหนดนนกำาหนดโดยใหมความใกลเคยงกบการนำาไปใชงานจรงและสามารถทจะตดตงเขากบชดทดสอบทบรษท ฟจคระ (ประเทศไทย) จำากด ใชในการทดสอบ ดงรปท 18 แสดง การตดตงทอความรอนเขากบชดทดลอง และรปท 19 แสดงแผนผงการตดตงอปกรณทดลอง จากผลการทดสอบพบวาหากใชสดสวนการผสมระหวางทองแดงสองขนาดมการกระจายอณหภมตลอดความยาวทอความรอนโดยมผลตางของอณหภมประมาณ 1-3oC ไมวา จะทดสอบทภาระความรอนใดกตาม แตอยางไรกตามหากมองถงความสามารถในการสงถายความรอนนนพบวาทสดสวนผสมของขนาดผงทองแดง 2 ขนาดนน

รปท 17 Thermal performance of conventional heat sink and CEOHP heat sink [14]

699

The Journal o f KMUTNB. , Vol . 22, No. 3 , Sep. - Dec. 2012วารสารวชาการพระจอมเกลาพระนครเหนอ ปท 22 ฉบบท 3 ก.ย. - ธ.ค. 2555

พบวาทสดสวนผสมทสามารถสงถายความรอนไดสงสดคอ 1 : 3 ซงโสภณ สนสราง จงเลอกใชทอความรอนทใชวสดพรนซนเตอรทสดสวนผงทองแดงขนาด 150–212 ตอ 250–297 ไมโครเมตร คอ 1 : 3 สำาหรบการระบายความรอนในคอมพวเตอรแบบพกพา

รปท 18 แสดงการตดตงทอความรอนเขากบชดทดลอง [15]

รปท 19 แสดงแผนผงการตดตงอปกรณทดลอง โดยทหมายเลข (1) คอ คอมพวเตอร (2) คอ Data logger (3) คอ ทอความรอน (4) คอ ฮทเตอร (5) คอ Heat sink (6) และ (7) คอ DC power supply [15]

4.6 การประยกตใชทอความรอนสำาหรบงานอนๆนอกจากทไดกลาวมาแลวในหวขอทผานมานน

ยงมการประยกตใชงานเพอชวยระบายความรอนนอกเหนอจากทไดกลาวอกหลากหลายดาน เชน ในป 2546 พรประสทธ [16] ไดศกษาเกยวกบการกลนเอทานอล ดวยแผงรบแสงอาทตยแบบทอความรอน โดยอนดบแรก ไดสรางแบบจำาลองทางคณตศาสตรเพอใชในการทำานายผลของการกลนเอทานอลดวยแผงรบแสงอาทตย แบบทอความรอนโดยใชสำาหรบทำานายระบบกลนแบบเตมสารครงเดยวและระบบกลนทใชเทคนคการกลนแบบ เตมสารอยางตอเนอง และเพอยนยนความถกตองของแบบจำาลองทางคณตศาสตร พรประสทธ คงบญ จงสรางเครองกลนเอทานอลทมหมอตมซำาขนาดความจไมเกน 50 ลตร และแผงรบแสงอาทตยแบบทอความรอนขนาด 3.6 ตารางเมตร โดยการทดสอบนนไดกำาหนดคาตวแปรตางๆ คอ ปรมาณสารละลายตงตน อตราการปอนสาร ความเขมขนของสารละลายตงตนโดยสารละลายเอทานอลความเขมขนตงตน 10% ทไดจากการผสมระหวางเอทานอล 99.8% กบนำากลน และการใชหอกลน โดยระบบกลนทสรางขนเปนระบบกลนสเตจเดยวแบบใชหอกลนทมความสง 20, 40 และ 60 เซนตเมตรและแบบ ไมใชหอกลน โดยทภายในหอกลนแยกสวนนนจะบรรจวสดพรนหรอตวบรรจ (Packing Materials) คอหลอดแกว ขนาด 1.5 เซนตเมตร ดงรปท 20 ซงสามารถหาไดงาย

รปท 20 ลกษณะของหอกลน [15]

700

วารสารวชาการพระจอมเกลาพระนครเหนอ ปท 22 ฉบบท 3 ก.ย. - ธ.ค. 2555The Journal o f KMUTNB. , Vol . 22, No. 3 , Sep. - Dec. 2012

มนำาหนกเบาและราคาไมแพงเหมาะสมกบหอกลนทจะทำาการทดสอบ ทอความรอนทใชเปนแบบทอสญญากาศแบบทอความรอน (เทอรโมไซฟอน) เทานน และมมเอยง ทใชในการตงแผงรบรงสอาทตยคอ 18o จากแนวระดบโดยหนหนาไปทางทศใต ทำาการทดสอบตงแตเวลา 08.00– 16.00 น. โดยทำาการทดสอบทจงหวดเชยงใหม ดงรปท 21 แสดงภาพโดยรวมของชดทดสอบการกลนเอทานอลแบบสเตจเดยวทใชหอกลน

จากการทดสอบพบวาแผงรบแสงอาทตยแบบทอความรอนสามารถใชกลนเอทานอลไดจรง และระบบกลนทใชเทคนคการกลนแบบเตมสารอยางตอเนองสามารถกลนเอทานอลไดปรมาณมากกวาการกลนแบบเตมสารครงเดยวโดยสงกวารอยละ 12.69 อกทงเมอใชหอกลนสามารถสกดเอทานอลไดบรสทธมากกวาการกลนแบบไมใชหอกลน

นอกจากทอความรอนจะถกนำาไปประยกตใชกบการกลนเอทานอลแลวยงมนกวจยทนำาไปประยกตใชสำาหรบภาคอตสาหกรรมขนาดเลกเชนกนโดยนำาไปประยกตใชกบกระบวนการชะลางในการผลตนำามนไบโอดเซล เชน Sridabut, Rittidech และ Pattanasethanon [17] ไดนำาทอความรอนแบบสนวงรอบทตดตงวาลวกนกลบไปประยกตใชเพอชวยประหยดพลงงานและเวลาในโรงงานผลตนำามนไบโอดเซลในสวนของการลดอณหภมของนำามนไบโอดเซลหลงกระบวนการผลตนำามนและถายเท

ความรอนใหกบนำาทำาใหไดนำาอนทใชในกระบวนการลางนำามนไบโอดเซล ซงเครองแลกเปลยนความรอนแบบทอความรอนชนดสนวงรอบทตดตงวาลวกนกลบ (CLOHP/CV) ทำาจากทอทองแดงขนาดเสนผานศนยนกลางภายใน 2.03 มลลเมตรและขนาดเสนผานศนยนกลางภายนอก 3 มลลเมตร โดยคำานวณไดจากสมการ ท 2 โดยชดแลกเปลยนความรอนประกอบดวย 3 สวน คอ สวนทำาระเหย สวนกนความรอน และสวนควบแนน ดงแสดงในรปท 22 ขนาดทออกแบบโดยใชสมการ สหสมพนธ [10]) ซงมคาเบยงเบนมาตรฐาน 30% ดงสมการ 3 เพอคำานวณหาคาการถายเทความรอน ตามทตองการแลกเปลยนความรอน

(3)

ตดตงชดทดลองเครองแลกเปลยนความรอนแบบ ทอความรอนชนดสนวงรอบทตดตงวาลวกนกลบ (CLOHP/CV) ดงรปท 23

สำาหรบภาคการเกษตรกรรมยงมการนำาทอความรอนและเทอรโมไซฟอนไปประยกตใชเชนกน เชน มนกวจยทำาการประยกตใชเทอรโมไซฟอนในการชวยเกบ

รปท 21 แสดงภาพโดยรวมของชดทดสอบการกลน เอทานอลแบบสเตจเดยวทมการใชหอกลน [16]

รปท 22 อโคโนไมเซอรแบบ CLOHP/CV [17]

701

The Journal o f KMUTNB. , Vol . 22, No. 3 , Sep. - Dec. 2012วารสารวชาการพระจอมเกลาพระนครเหนอ ปท 22 ฉบบท 3 ก.ย. - ธ.ค. 2555

รกษาขาวเปลอกในไซโล โดย Dussadee, Punsaensri และ Kiatsiriroat [18] ไดศกษาเปรยบเทยบคาของความชนและอณหภมของขาวเปลอกทเกบในไซโลโดยใชพดลมรวมกบเทอรโมไซฟอน โดยไซโลทใชในการทดสอบมขนาด 5,000 กโลกรม เทอรโมไซฟอนทใชในการทดสอบมพนทถายเทความรอนของทอและครบรวมกนคอ 16 m2 พนทในสวนควบแนนของทอคอ 12.2 m2 ใช R22

เปนสารทำางาน ทอความรอนสวนทำาระเหยจมอยในขาวเปลอก ขณะทสวนควบแนนระบายความรอนสอากาศ และมพดลมชวยในการระบายอากาศจากดานลางของไซโลสดานบนดวยอตราเรวลม 0.11 m3/min พบวาเมอตดตงเทอรโมไซฟอนเขาไปในไซโลสามารถชวยควบคมอณหภมและชวยลดความชนของขาวเปลอกภายในฉางไดดกวาใชพดลมเพยงอยางเดยว เปนตน

5. สรปดวยขอดของทอความรอนและเทอรโมไซฟอนทม

หลากหลายประการคอ ไมตองใชพลงงานเสรมในการใชงาน อณหภมทใชงานมชวงกวางและสามารถทำางานไดแมความแตกตางระหวางอณหภมของแหลงใหความรอนและแหลงรบความรอนตางกนไมมาก อตราของการถายเทความรอนตอพนทหนงหนวยมคาสง และปญหาในการใชงานและการดแลรกษามนอย ทำาใหมการประยกตใชทอความรอนในงานทเกยวกบการถายเทความรอนซงทอความรอนและเทอรโมไซฟอนสามารถนำาไปประยกตใชงานเพอชวยในการแลกเปลยนความรอนซงถอไดวาเปนอปกรณแลกเปลยนความรอนทมประสทธภาพสงและยงชวยประหยดพลงงานความรอนไดเปนอยางด โดยในการประยกตใชนนจะเลอกใชทอความรอนแบบใด สารทำางานชนดไหน ขนอยกบความเหมาะสมของงานทจะนำาไปใช และจากขอมลทไดกลาวในบทความจะเหนไดวา ทอความรอนและเทอรโมไซฟอนนนสามารถประยกตใชงานไดหลายดาน โดยเฉพาะงานทตองมการแลกเปลยนความรอน การระบายความรอน หรองานทมความรอนสญเสยนกวจยสามารถนำาทอความรอนและเทอรโม ไซฟอนไปประยกตใชเพอชวยในการเพมสมรรถนะหรอนำาพลงงานความรอนสญเสยไปใชใหเกดประโยชนได

เอกสารอางอง

[1] P.D. Dunn and D.A. Reay, Heat Pipes.3rd Ed., U.K.: Pergamon Press, 1982.

[2] H. Akachi, F. Polasek, and P. Stulc, “Pulsating heat pipe,” Proceeding of the 5th International

รปท 23 แสดงลกษณะการตดตงอโคโนไมเซอรแบบ CLOHP/CV [17]

รปท 24 ภาพแสดงสวนประกอบของฉาง (a) เทอรโม ไซฟอน (b) ฉางเกบขาวทตดตงเทอรโมไซฟอน [18]

702

วารสารวชาการพระจอมเกลาพระนครเหนอ ปท 22 ฉบบท 3 ก.ย. - ธ.ค. 2555The Journal o f KMUTNB. , Vol . 22, No. 3 , Sep. - Dec. 2012

Heat Pipe Symposium, Australia: s.n., 1996, pp. 208-217.[3] N. Waowaew, P. Terdtoon, S. Maezawa, P.

Kamonpet, and W. Klongpanich, “Correlation to predict heat transfer characteristics of a radially rotating heat pipe at vertical position,” Applied Thermal Engineering, vol. 23, pp. 1019–1032, 2003.

[4] P. Terdtoon, et al., Heat Pipe, Department of Mechanical Engineering’s the book project, Faculty of Engineering, Chiang Mai University, 1993 (in Thai).

[5] S. Rittidech, et al., Heat Pipe Technology, Mahasarakham University, 1st edition, 2010 (in Thai).

[6] T. Paramethanuwat, S. Thonglat, P. Tadtiang, K. Booddachan, and S. Rittidech, “Thermosyphon installation for energy thrift in a smoked fish sausage oven(TISO),” Energy, vol. 35, pp. 2836 – 2842, 2010.

[7] L. Suwannatip and S. Wannapakhe, “Application of Closed-End Oscillating Heat Pipe for Domestic Cooking Oven,” Thesis B.Eng. Mahasarakham: Mahasarakham University, 2005 (in Thai).

[8] S. Maezawa and others, “Thermal performance of capillary tube thermosyphon,” Proceedings of the 4th International Heat Pipe Conference, USA: s.n., 1996, pp. 791-795.

[9] P. Meena, S. Rittidech, and N. Poomsa-ad, “Closed- -loop oscillating heat pipe with check valves (CLOHP/CV) air-preheated for reducing relative humidity in drying systems,” Applied Energy, vol. 84, pp. 363-373, 2007.

[10] S. Rittidech, N. Pipatpaiboon, and P. Terdtoon, “Heat-transfer characteristics of a closed-loop oscillating heat-pipe with check valves,” Applied Energy, vol. 84, pp. 565–577, 2007.

[11] P. Naphon, “On the performance of air conditioner

with heat pipe for cooling air in the condenser,” Energy Conversion and Management, vol. 51, pp. 2362-2366, 2010.

[12] P. Supirattanakul, S. Rittidech, and B. Bubphachot, “Application of a closed-loop oscillating heat pipe with check valves (CLOHP/CV) on performance enhancement in air conditioning system,” Energy and Buildings, vol. 43, pp. 1531-1535, 2011.

[13] S. Rittidech, A. Donmaung and K. Kumsombut, “Experimental study of the performance of a circular tube solar collector with closed-loop oscillating heat-pipe with check valve (CLOHP/CV),” Renewable Energy, vol. 34, pp. 2234-2238, 2009.

[14] S. Rittidech, A. Boonyaem, and P. Tipnet, “CPU cooling of desktop PC by closed-end oscillating heat pipe (CEOHP),” American Journal Applied Science, vol. 2, no. 12, pp. 1574-1577, 2005.

[15] S. Sinsang, et al., “Thermal Characteristics of Heat Pipe with Optimized Sintered Porous Media for Portable Computer Cooling,” Thesis M.Eng. Chiang Mai University, 2010 (in Thai).

[16] P. Kongboon, et al., “Ethanol Distillation with Heat Pipe Solar Collector,” Thesis M.Eng. Chiang Mai University, 2003 (in Thai).

[17] S. Sridabut, S. Rittidech, and S. Pattanasethanon, “Closed-loop oscillating heat pipe with check valves (CLOHP/CV) economizer for reduce the temperature and preheating water in washing process of bio-diesel oil,” in Proceedings of 9th

International Heat Pipe Symposium, Monash University, Malaysia, 2008, November 185-189.

[18] N. Dussadee, T. Punsaensri, and T. Kiatsiriroat, “Temperature control of paddy bulk storage with aeration-thermosyphon heat pipe,” Energy Conversion and Management, vol. 48, pp. 138-145, 2007.