ทำความรู้จักกับท่อวอร์เทกซ์ (Vortex)
ท่อวอร์เทกซ์เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการสร้างอากาศเย็นและอากาศร้อน โดยอากาศจะไหลเข้าในแนวเส้นสัมผัสของท่อด้วยความเร็วสูง และไหลวนภายในท่อเพียงผ่านแก๊สอัดเข้าไปในท่อ อุปกรณ์ชิ้นนี้ถูกค้นพบด้วยความบังเอิญโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสชื่อ จอร์จ แรงคิว (Georges Ranque) ในระหว่างการทดลองหนึ่งที่มีการใช้เครื่องอัดอากาศ หรือปั๊มลม ทำให้ค้นพบปรากฏการณ์การแยกตัวของกระแสที่มีอุณหภูมิต่างกัน เมื่อป้อนอากาศอัดเข้าไปในท่อลักษณะทรงกระบอก คล้ายรูปตัวทีที่มีนอสเซิลอยู่ตรงกลางท่อไม่ห่างจากท่อทางเข้านัก พบว่า มีกระแสร้อนเกิดขึ้นและไหลออกจากท่อ ณ ทางออกด้านหนึ่ง ขณะที่มีกระแสเย็นไหลออกที่ทางออก ด้านที่อยู่ไกลออกไปอีกด้านหนึ่ง ด้วยความเร็วสูงบริเวณผนังท่อโดยอากาศบริเวณนี้จะมีความร้อนสูง และความเร็วต่ำที่บริเวณใจกลางท่อซึ่งอากาศจะมีอุณหภูมิต่ำมาก
จนกระทั่งนักวิจัยชาวเยอรมันชื่อ ฮีลช์ (R. Hilsch) ได้ศึกษาทดลองพร้อมตีพิมพ์ผลงานวิจัยในปี พ.ศ.2490 โดยให้รายละเอียดในด้านลักษณะโครงสร้าง ขนาด ส่วนประกอบของท่อ และเงื่อนไขการทำงานที่มีผลต่อสมรรถนะของท่อวอร์เทกซ์ พร้อมกันนั้นได้แนะนำความเป็นไปได้ในการนำอุปกรณ์นี้ไปใช้สำหรับการทำความเย็นเฉพาะจุด
จากผลงานวิจัยชิ้นนี้นี่เอง ที่ทำให้อุปกรณ์ดังกล่าว นอกจากจะถูกเรียกว่า ท่อวอร์เทกซ์(ตามลักษณะการเกิด กระแสหมุนวนในท่อ) แล้วยังถูกเรียกอีกชื่อว่า ท่อแรงคิว-ฮีลช์วอร์เทกซ์ เพื่อเป็นเกียรติให้กับผู้ค้นพบ
ต่อมาท่อวอร์เทกซ์ได้รับความสนใจมากขึ้นจากนักวิจัยในการศึกษาทั้งทางทฤษฎี เพื่ออธิบายการเกิดขึ้นของปรากฏการณ์แยกชั้นอุณหภูมิและทางปฏิบัติการ เพื่อการประยุกต์ใช้ท่อวอร์เทกซ์อย่างมีประสิทธิภาพ และมีการใช้อย่างเกิดประสิทธิผลกับงานหลากหลายประเภท
-
Cooling soldering
-
Cooling plastic processing
-
Cooling sewing needles
-
Cooling spot welding
-
Cooling electrical cabinet
-
Defogging for CCTV cameras
-
Fortifying electric wire in case of wire cutting
-
Cooling resin molded parts
หลักการทำงานของท่อ vortex
ท่อวอร์เทกซ์เป็นที่รู้จักกันอย่างกว้างขวางมากขึ้นในปัจจุบัน พบการใช้งานอย่างแพร่หลายในต่างประเทศ ขณะเดียวกันก็เริ่มเป็นที่รู้จักมากขึ้นในประเทศไทยในช่วงที่ผ่านมา จากปรากฏการณ์อันเป็นลักษณะเฉพาะตัวที่สามารถผลิตกระแสอากาศร้อนและเย็นได้ในเวลาเดียวกัน เมื่อป้อนอากาศอัดผ่านหัวฉีด (nozzles) ที่วางเรียงตัวในแนวรัศมีของท่อ และอยู่ ณ บริเวณใกล้กับช่องทางเข้าของท่อ พบว่า กระแสอากาศที่ผ่านเข้าในแนวเส้นสัมผัสกับท่อนี้ จะมีลักษณะการเคลื่อนที่แบบหมุนวนอย่างแรง ด้วยความเร็วรอบสูง เกิดแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง อีกทั้งของไหลภายในท่อมีการขยายตัวทำให้มีความดันลดลงตรงบริเวณแกนกลางท่อ เกิดความแตกต่างของความเร็วของไหลบริเวณกลางท่อ และขอบนอกใกล้ผนังท่อ ส่งผลให้มีการถ่ายเทพลังงานจลน์จากกระแสของไหลบริเวณกลางท่อ ไปยังของไหลที่อยู่บริเวณผนังท่อ ทำให้กระแสอากาศในแนวแกนกลางท่อมีอุณหภูมิต่ำลง ขณะที่กระแสอากาศบริเวณผนังท่อมีอุณหภูมิสูงขึ้น เกิดเป็นปรากฏการณ์แยกชั้นพลังงานความร้อน (thermal separation) หรือปรากฏการณ์แยกชั้นอุณหภูมิ (temperature separation) ดังสามารถแสดงภาพการเกิดขึ้นของปรากฏการณ์ภายในท่อ
นอกจากนั้นด้วยโครงสร้างของท่อที่มีช่องเปิดตรงแกนกลาง (cold orifice) และมีวาล์วควบคุมติดตั้งตรงบริเวณปลายท่อด้านที่กระแสอากาศร้อนถูกปลดปล่อยออกมานั้น ทำให้กระแสอากาศอุณหภูมิต่ำจากบริเวณแกนกลางของท่อ เคลื่อนที่ย้อนกลับไปออกที่ช่องเปิดขนาดเล็กตรงกลางนั้น และไหลออกจากท่อวอร์เทกซ์ที่ทางออกคนละด้านกับทางออกของกระแสอากาศร้อน
ข้อดีของท่อวอร์เทกซ์นี้มีมากมาย ได้แก่ การใช้อากาศเป็นสารทำงาน ทำให้ไม่เกิดมลพิษทำลายสิ่งแวดล้อม อีกทั้งลดการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจก อันเป็นผลสืบเนื่องไปถึงภาวะที่พื้นผิวโลกมีอุณหภูมิสูงขึ้น หรือที่กล่าวกันทั่วไปว่าภาวะโลกร้อนนั่นเอง การที่ท่อวอร์เทกซ์มีขนาดเล็ก กะทัดรัด น้ำหนักเบา อีกทั้งไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่ในขณะทำงาน ทำให้สะดวกในการนำไปใช้งาน อีกทั้งยังมีความคงทน ไม่สึกหรอง่ายเหมือนอุปกรณ์กลชนิดอื่นที่มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่ขณะทำงาน ข้อดีเหล่านี้เป็นเหตุให้ท่อวอร์เทกซ์ได้รับความสนใจ และถูกนำไปใช้งานในอุตสาหกรรม
