รางวัลรองชนะเลิศอันดับ 1 จาก Thailand Energy of Innovation and Technology Awards 2019 (TE-IT2019) ในผลงาน "ท่อเพิ่มความร้อนสำหรับเพิ่มสมรรถนะทางอุณหภาพ" นับเป็นรางวัลล่าสุด ของ ศ.ดร.สมชาย วงศ์วิเศษ และคณะนักวิจัย ซึ่งประกอบด้วย ดร.คณิต อรุณรัตน์, ดร.สุริยัน เลาหเลิศเดชา, นายธน อากาศอำนวย และนายรชต ลีลาประชากุล ในโครงการประกวดการเพิ่มประสิทธิภาพด้านการอนุรักษ์ พลังงานและพลังงานทดแทน โดยมีการมอบรางวัลไปเมื่อวันที่ 13 กรกฎาคม 2563 ที่ผ่านมา ณ ห้องแกรนด์ เอบี โรงแรมมิราเคิล แกรนด์ คอนเวนชั่น กรุงเทพฯ นอกจากนี้ ยังได้รับรางวัลนวัตกรรมที่น่าสนใจเป็นพิเศษจากผลงาน "นวัตกรรมอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อติดครีบเกลียวเพื่อการประหยัดพลังงาน" โดย ศ.ดร.สมชาย วงศ์ วิเศษ และ ร.ท.ดร.ปริญญา เกียรติภาชัย
ศ.ดร.สมชาย วงศ์วิเศษ อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี(มจธ.) กล่าวว่า ผลงานทั้งสองเป็นการคิดค้นแนวทางในการ เพิ่มประสิทธิภาพให้กับอุปกรณ์แลกเปลี่ยน ความร้อน ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่มีความเกี่ยวข้องกับระบบพลังงาน สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่าง ๆ การปรับปรุงอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน โดยเพิ่มสมรรถนะทางความร้อนให้สูงขึ้นจะทำให้การใช้พลังงานเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ และ สามารถประหยัดพลังงานได้มากยิ่งขึ้น
ศ.ดร.สมชาย กล่าวว่า ปัจจุบันนักวิจัยพยายามใช้เทคนิคต่าง ๆ เพื่อเพิ่มการถ่ายเทความร้อน เพื่อปรับปรุงสมรรถนะทางความร้อนของอุปกรณ์ให้สามารถแลกเปลี่ยนความร้อนให้ดีขึ้น ซึ่งเทคนิคการทำผิวท่อให้ขรุขระเป็นหนึ่งในวิธีที่ง่ายที่สุด ท่อเพิ่มความร้อน (Enhanced Tube) สามารถเพิ่มการถ่ายเทความร้อน โดยการสร้างการไหลแบบปั่นป่วน (Turbulent Flow) และเพิ่มพื้นที่ในการถ่ายเทความร้อน ท่อเพิ่มความร้อนมีอยู่หลายประเภท หนึ่งในนั้นคือ ท่อที่มีร่องเกลียวภายใน (Internally Corrugated Tube) ท่อชนิดนี้ สามารถนำไปประยุกต์ใช้แทนท่อเรียบ ในอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนได้ทุกประเภท ผลที่ตามมาคือ จะทำให้สมรรถนะทางอุณหภาพของอุปกรณ์ แลกเปลี่ยนความร้อนสูงขึ้น ส่งผลให้อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน มีขนาดเล็กลง หรือช่วยเพิ่มอัตราการถ่ายเทความร้อนให้มากยิ่งขึ้น ในขณะที่อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนมีขนาดเท่าเดิม
นวัตกรรมนี้เหมาะกับอุตสาหกรรมเครื่องทำความเย็น และเครื่องปรับอากาศ ท่อที่มีร่องเกลียวสามารถนำไปใช้แทนที่ ท่อเรียบ ทั้งในคอนเดนเซอร์และอีวาโปเรเตอร์ ท่อชนิดนี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในกระบวนการทางความร้อนได้ทุกประเภทอีกด้วย เช่น นำไปใช้เป็นท่ออุปกรณ์แลกเปลี่ยนอุปกรณ์ความร้อนแบบเปลือกและท่อ หรือใช้เป็นท่อในหม้อไอน้ำ
ศ.ดร.สมชาย กล่าวว่า เราพัฒนาท่อแลกเปลี่ยนความร้อนมาแล้ว 3 แบบ แบบแรกเป็นท่อมีครีบภายใน แบบที่สองเป็นท่อที่มีลักษณะเกลียวข้างใน และแบบที่สามเป็นท่อที่มีปุ่มอยู่ข้างในท่อ ซึ่งท่อทั้ง 3 แบบที่พัฒนาขึ้นมา แบบที่เป็นปุ่มจะให้การถ่ายเทความร้อนได้ดีที่สุด แต่ให้ค่าความดันลด (Pressure drop) สูงที่สุด หากเอาไปใช้งานจริง ท่อแบบนี้จะให้การถ่ายเทความร้อนได้ดีที่สุด แต่ต้องใช้พลังงานในการขับเคลื่อนของไหลสูง จึงขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ในการนำไปใช้งานต้องพิจารณาว่าควรเลือกใช้งานแบบไหน
ทั้งนี้ ศ.ดร.สมชาย ในฐานะผู้เชี่ยวชาญด้านกลศาสตร์ของไหลและการถ่ายเทความร้อน ทำการวิจัยและพัฒนาเกี่ยวกับท่อแลกเปลี่ยนความร้อนมานานกว่า 20 ปี มีผลงานตีพิมพ์มากกว่า 500 เรื่อง และผลงานได้ถูกนำไปต่อยอดงานวิจัยอื่นๆ อีกเป็นจำนวนมาก
ศ.ดร.สมชาย เล่าว่า ?ผมเริ่มต้นจากการวิจัยพื้นฐาน (Basic Research) ที่มุ่งเน้นการคิดค้นองค์ความรู้ใหม่ และตีพิมพ์เผยแพร่ซึ่งทำให้ผมเข้าใจอะไรๆ ได้อย่างถ่องแท้ มีเหตุมีผลสามารถพัฒนาผลงานจนสามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้จริง?
จาก Paper สู่การใช้งานจริง
แม้ ศ.ดร.สมชาย จะบอกว่าในตอนแรกเน้นการทำงานเพื่อการตีพิมพ์ ไม่ได้ตั้งเป้าว่าจะผลิตออกมาใช้เชิงพาณิชย์หรือใช้กับภาคอุตสาหกรรม แต่ผลงานวิจัยก็ไปสะดุดตานักธุรกิจชาวไทย ชื่อ คุณรชต ลีลาประชากุล กรรมการ ผู้จัดการ บริษัท ไทย-เยอรมัน โปรดักส์ จำกัด (มหาชน) (TGPRO) ซึ่งเป็นโรงงานผลิตท่อและแผ่นสเตนเลส ที่เข้ามาขอให้ช่วยทำท่อให้มีประสิทธิภาพในการแลกเปลี่ยนความร้อนให้ดีขึ้น
"EXTUBA TURBO TUBE" จึงเป็นผลงานที่ร่วมกันพัฒนาขึ้นระหว่าง มจธ. และ TGPRO ซึ่งผลจากการวิจัยและทดลองสมรรถนะการถ่ายเทความร้อน พบจุดเด่น คือ การสร้างครีบร่องเกลียวภายในท่อจะส่งผลให้ผนังท่อมีพื้นที่ผิวสำหรับแลกเปลี่ยนความร้อนสูงขึ้นกว่า 30% ทำให้จำนวนท่อที่ต้องใช้ในการแลกเปลี่ยนความร้อนมีจำนวนน้อยลง ขณะที่สมรรถนะในการถ่ายเทความร้อนเท่าเดิม ทำให้จำนวนท่ออุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนมีขนาดเล็กลงอย่างเห็นได้ชัด มีความกะทัดรัดมากขึ้น และสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน (Heat transfer Coefficient) สูงขึ้นประมาณ 50% เมื่อเปรียบเทียบกับท่อธรรมดาทั่วไป ขณะที่ความแข็งแรงได้มาตรฐาน โดยได้ผ่านการทดสอบมาตรฐานสากล อาทิ ASTM (American Society of Testing Materials), PED (Pressure Equipment Directive) จากสถาบัน BUREAU VERTA?s
"ถือเป็นผลงานชิ้นแรก ๆ ที่พัฒนาขึ้นจากงานวิจัยที่เราทำขึ้นเองและเราสามารถนำไปสู่การใช้งานจริงในภาคอุตสาหกรรมด้วยตัวเราเอง ต่างจากที่ผ่านมาที่อาจจะมีผู้อื่นนำงานวิจัยของเราไปต่อยอดในเชิงอุตสาหกรรม" ศ.ดร.สมชาย กล่าว
สำหรับผลงานนวัตกรรมอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อติดครีบเกลียวที่วิจัยขึ้นนี้ได้รับรางวัลเหรียญทองเกียรติยศจากเวทีระดับโลกจากผลงาน Enhanced Tubes for Improving the Thermal Performance ในงานนิทรรศการสิ่งประดิษฐ์ใหม่ของโลก 44th International Exhibition and Invention of Geneva 2016 ที่กรุงเจนีวา สวิสเซอร์แลนด์
"เราส่งผลงานไปประกวดสองผลงาน คือ งานนวัตกรรมอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อติดครีบเกลียว และท่อเพิ่มความร้อนสำหรับเพิ่มสมรรถนะทางอุณหภาพ ในครั้งนั้นผลงานนวัตกรรมอุปกรณ์ แลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อติดครีบเกลียวได้รับรางวัลชนะเลิศ ซึ่งทั้งหมดมีประมาณ 40 รางวัล โดยเป็นรางวัลที่จะต้องขึ้นไปรับบนเวที โดยจะมีการประกาศให้ขึ้นไปรับทีละผลงาน ซึ่งเราก็ไม่คิดว่าจะได้รับ กว่าจะรู้ก็เมื่อมีการประกาศชื่อ" ศ.ดร.สมชาย กล่าว
ประสานผู้ประกอบการเครื่องปรับอากาศนำไปใช้งาน
ศ.ดร.สมชาย กล่าวว่า เรามีการพูดคุยกับบริษัทที่ผลิตเครื่องปรับอากาศ เพื่อให้นำผลงานวิจัยท่อแลกเปลี่ยนความร้อนที่เราวิจัยนำไปใช้ ซึ่งจากงานวิจัยพบว่า การถ่ายเทความร้อน และการประหยัดพลังงานดีกว่าท่อแบบเรียบ ซึ่งจะทำให้กินไฟน้อยลงแต่ยังให้ความเย็นเหมือนเดิม แต่อย่างไรก็ตามถ้าจะนำไปใช้จริงทางผู้ประกอบการก็ต้องคำนวณเรื่องการสูญเสียของพลังงานในการไหลด้วย เพราะจากผลงานวิจัย พบว่ามีทั้งข้อได้เปรียบและเสียเปรียบดังนั้นจึงต้องดูจุดที่เหมาะสมที่สุด
ศ.ดร.สมชาย กล่าวใน ตอนท้ายว่า แม้จะมีงานตีพิมพ์และสิทธิบัตร (Patent) เป็นจำนวนมาก และผลงานวิจัยถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรม แต่ ศ.ดร.สมชาย และทีมยังคงเดินไปข้างหน้าค้นคว้าวิจัยและพัฒนากระบวนการและอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนต่อไปอย่างต่อเนื่อง