การอนุรักษ์พลังงานและการลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมเป็นหัวใจสำคัญของการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ ๆ ปัจจุบันการทำความเย็นถือเป็นหนึ่งในกระบวนการที่สำคัญในการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ซึ่งเทคโนโลยีการทำความเย็นแบบใหม่ที่เรียกว่า Elastocaloric Cooling System หรือ ระบบทำความเย็นด้วยความยืดหยุ่น ที่ใช้หลักการของ Elastocaloric Effect มาใช้เพื่อเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิกำลังได้รับความสนใจอย่างมาก เนื่องจากเป็นเทคโนโลยีที่มีศักยภาพในการแทนที่ระบบทำความเย็นแบบดั้งเดิมที่ใช้สารเคมีซึ่งก่อให้เกิดปัญหาต่อสิ่งแวดล้อม
การทำงานเบื้องต้นของ Elastocaloric Cooling
ระบบทำความเย็นด้วยความยืดหยุ่น หรือ Elastocaloric Cooling System เป็นเทคโนโลยีการทำความเย็นรูปแบบใหม่ที่อาศัยวัสดุที่มีคุณสมบัติ Elastocaloric และปรากฏการณ์ Elastocaloric Effect เมื่อวัสดุถูกบีบอัดอย่างรวดเร็วอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากการจัดเรียงตัวใหม่ของโมเลกุลภายในที่ทำให้เกิดการปล่อยพลังงานในรูปของความร้อน ในทางกลับกันเมื่อแรงบีบอัดถูกปล่อยออกวัสดุจะเย็นลง เนื่องจากพลังงานภายในถูกดูดกลับเข้าไปใหม่
กระบวนการทำงานของระบบ Elastocaloric Cooling
ระบบทำความเย็นด้วยความยืดหยุ่นประกอบด้วยส่วนประกอบหลักหลายส่วนที่ทำงานร่วมกัน ดังนี้
- การสร้างแรงยืดหรือบีบอัด (Actuation)
- ระบบจะเริ่มต้นด้วยการสร้างแรงที่กระทำต่อวัสดุ Elastocaloric ซึ่งอาจเป็นการบีบอัดหรือยืดออก ขึ้นอยู่กับการออกแบบของระบบ แรงนี้อาจถูกสร้างขึ้นโดยการใช้มอเตอร์หรืออุปกรณ์กลไกที่สามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำ
- การปล่อยความร้อน (Heat Transfer)
- เมื่อวัสดุถูกบีบอัด อุณหภูมิของวัสดุจะเพิ่มขึ้น ความร้อนที่เกิดขึ้นจะถูกถ่ายเทไปยังส่วนทำความเย็นของระบบ ซึ่งอาจใช้ตัวกลางในการถ่ายเทความร้อน เช่น ของเหลวหรืออากาศ เพื่อกระจายความร้อนออกไปจากวัสดุ
- การคลายแรงและทำความเย็น (Relaxation and Cooling)
- เมื่อแรงบีบอัดถูกปล่อยออก วัสดุจะเย็นลง เนื่องจากพลังงานภายในถูกดูดกลับเข้าสู่วัสดุ ในขั้นตอนนี้ ความร้อนจะถูกดึงออกจากสภาพแวดล้อมของระบบเพื่อสร้างสภาวะเย็นในบริเวณที่ต้องการ
- การหมุนเวียน (Cycle)
- กระบวนการบีบอัดและคลายแรงนี้จะถูกทำซ้ำอย่างต่อเนื่องเพื่อให้เกิดการทำความเย็นอย่างต่อเนื่อง การควบคุมวงจรนี้จะถูกจัดการอย่างแม่นยำเพื่อให้ระบบทำงานอย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด
ข้อดีของระบบ Elastocaloric Cooling
ระบบทำความเย็นด้วยความยืดหยุ่นมีข้อดีหลายประการซึ่งเป็นทางเลือกที่น่าสนใจเมื่อเทียบกับระบบทำความเย็นแบบดั้งเดิม ได้แก่
- เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
- ระบบนี้ไม่ใช้สารทำความเย็นเคมีที่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม เช่น HFCs หรือ CFCs ซึ่งเป็นสารที่มีส่วนในการทำลายชั้นโอโซนและก่อให้เกิดภาวะโลกร้อน
- ประสิทธิภาพสูง
- วัสดุที่ใช้ใน Elastocaloric Effect สามารถสร้างการเปลี่ยนอุณหภูมิที่มีนัยสำคัญโดยไม่ต้องใช้พลังงานมากนัก ทำให้ระบบมีประสิทธิภาพในการใช้พลังงานสูง
- การใช้งานที่หลากหลาย
- ระบบนี้สามารถปรับให้ใช้งานได้ในหลายขนาด ตั้งแต่การใช้งานในเครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดเล็กไปจนถึงการทำความเย็นในระบบขนาดใหญ่
ความท้าทายในการพัฒนา
แม้ระบบ Elastocaloric Cooling จะมีข้อดีมากมาย แต่ก็ยังมีความท้าทายที่ต้องเอาชนะ เช่น
- ความทนทานของวัสดุ
- วัสดุที่ใช้ต้องมีความทนทานต่อการบีบอัดและยืดออกหลายรอบโดยไม่เสื่อมสภาพ ซึ่งเป็นความท้าทายที่ยังคงต้องพัฒนา
- การออกแบบระบบ
- การออกแบบและควบคุมระบบให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและเสถียรภาพในระยะยาวเป็นอีกหนึ่งความท้าทาย
- ต้นทุน
- วัสดุและเทคโนโลยีที่ใช้ในปัจจุบันยังคงมีต้นทุนสูง ซึ่งอาจจำกัดการนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์
อนาคตของระบบทำความเย็นด้วยความยืดหยุ่น
ในอนาคต ระบบ Elastocaloric Cooling มีแนวโน้มที่จะเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีทำความเย็นที่สำคัญ โดยเฉพาะในโลกที่กำลังมุ่งสู่การลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและเพิ่มความยั่งยืน เทคโนโลยีนี้ยังคงต้องการการพัฒนาต่อไปในด้านวัสดุและการออกแบบระบบ แต่ก็มีศักยภาพสูงในการเปลี่ยนแปลงอุตสาหกรรมทำความเย็นในทศวรรษต่อไป
ระบบทำความเย็นด้วยความยืดหยุ่นเป็นเทคโนโลยีที่ใช้ปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ที่น่าสนใจในการทำความเย็นโดยไม่ต้องใช้สารเคมีที่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ซึ่งเป็นทางเลือกที่น่าสนใจสำหรับการทำความเย็นเพื่อก้าวไปสู่อนาคตทางสิ่งแวดล้อมที่ยั่งยืน แต่ด้วยข้อจำกัดและความท้าทายหลายอย่างทำให้ต้องจับตาดูว่าเหล่าผู้พัฒนาจะเลือกใช้วิธีไหนมาแก้ปัญหาความท้าทายในตอนนี้เพื่อให้ทุกคนสามารถเข้าถึงได้อย่างไม่มีข้อจำกัด
อ้างอิง : New elastocaloric cooling system shows promise for commercial use – Physics World
