25
www.rcme-tu.org ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร ( ( ศูนยรังสิต ศูนยรังสิต ) ) คลองหลวง คลองหลวง จังหวัดปทุมธานี จังหวัดปทุมธานี รหัสไปรษณีย รหัสไปรษณีย 12121 12121 หมายเลขโทรศัพท หมายเลขโทรศัพท 02 5643001 02 5643001 - - 9 9 ตอ ตอ 3153 3153 , , 0896123197 0896123197 E E - - mail mail [email protected] [email protected] www.rcme www.rcme - - tu.org tu.org รองศาสตราจารย ดร. ผดุงศักดิรัตนเดโช หัวหนาหนวย วิโรจน จินดารัตน ผูบรรยาย หนวยวิจัยเพื่อการใชประโยชนจากไมโครเวฟในงานวิศวกรรม หนวยวิจัยเพื่อการใชประโยชนจากไมโครเวฟในงานวิศวกรรม ( Research Center of Microwave Utilization ( Research Center of Microwave Utilization Engineering (R.C.M.E )) Engineering (R.C.M.E )) การทําความรอนดวยคลื่นไมโครเวฟและไดอิเล็กตริก

( Research Center of Microwave Utilization Engineering … · ( Research Center of Microwave Utilization Engineering (R.C.M.E )) การทําความร อนด วยคลื่นไมโครเวฟและไดอ

Embed Size (px)

Citation preview

www.rcme-tu.org

ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตรคณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยธรรมศาสตรมหาวิทยาลัยธรรมศาสตร ((ศนูยรังสิตศนูยรังสิต)) คลองหลวงคลองหลวง จังหวัดปทมุธานีจังหวัดปทมุธานี รหสัไปรษณียรหสัไปรษณีย 1212112121

หมายเลขโทรศัพทหมายเลขโทรศัพท 02 564300102 5643001--99 ตอตอ 31533153,,08961231970896123197

EE--mail mail [email protected]@engr.tu.ac.th www.rcmewww.rcme--tu.orgtu.org

รองศาสตราจารย ดร. ผดุงศกัดิ ์ รัตนเดโช หวัหนาหนวยวิโรจน จนิดารัตน ผูบรรยาย

หนวยวิจัยเพื่อการใชประโยชนจากไมโครเวฟในงานวิศวกรรมหนวยวิจัยเพื่อการใชประโยชนจากไมโครเวฟในงานวิศวกรรม( Research Center of Microwave Utilization( Research Center of Microwave Utilization Engineering (R.C.M.E ))Engineering (R.C.M.E ))

การทําความรอนดวยคลื่นไมโครเวฟและไดอิเล็กตริก

www.rcme-tu.org

หนวยวิจัยเพื่อการใชประโยชนจากไมโครเวฟในงานวิศวกรรมหนวยวิจัยเพื่อการใชประโยชนจากไมโครเวฟในงานวิศวกรรม( Research Center of Microwave Utilization( Research Center of Microwave Utilization Engineering (R.C.M.E ))Engineering (R.C.M.E ))

วัตถุประสงคของการจัดตั้งศูนยวัตถุประสงคของการจัดตั้งศูนย RR..CC..MM..EEในเชิงวิชาการ 1.สามารถทําความเขาใจในปรากฏการณการถายเทความรอนและมวลในวัสดุพรุนขณะมีการเปลี่ยนสถานะภายใตพลังงานไมโครเวฟในระดับ จุลภาค 2. การพัฒนาการเรียนการสอน ทั้งในระดับปริญญาตรี โท และเอกตอไปในอนาคต รวมจนถึงการถายทอดเทคโนโลยีสูภาคอุตสาหกรรม3. สงเสริมความรวมมอืกับภาคเอกชน และทาํการถายทอดเทคโนโลยีสูภาคเอกชน 4. เสริมสรางความเขมแข็งของอุตสาหกรรมไทยและศักยภาพในการแขงขันในเวทีโลก บุคลากรนักวิจัยระดับปริญญาเอก 5 คน ผูชวยวิจัย 2 คนนกัศึกษาปริญญาเอก 12 คน นักศึกษาปริญญาโท 3 คนนักศึกษาปริญญาตรี 7 คน

THAMMASAT UNIVERSITY

พื้นฐานความรูเบื้องตน

แถบสเปกตรัมของคลื่นแมเหล็กไฟฟา

THAMMASAT UNIVERSITY

พื้นฐานความรูเบื้องตน

คลื่นแมเหล็กไฟฟาในชวงยานความถี่ไดอิเล็กตริกและไมโครเวฟคอนขางเปนที่สับสนและการกําหนดใหเขาใจตรงกันได โดยการทําความรอนดวยคลื่นแมเหล็กไฟฟาในยานไดอิเล็กตริก (Dielectric heating) สามารถประยุกตใชไดกับทุกยานความถี่ของคลื่นแมเหล็กไฟฟาซึ่งอยางนอยที่สุดก็ครอบคลุมแถบสเปกตรัมของของอินฟราเรด (Infrared spectrum) โดยระบบความถี่ที่ต่ํากวาที่สามารถใชงานไดอยางนอยคือ ชวงความถี่สูง (High Frequency; HF) ซึ่งมีความถี่ในชวง 3 เมกะเฮิรต (MHz) ถึง 30 เมกะเฮิรต (MHz) และชวงความถี่สูงมาก (Very High Frequency; VHF) ซึ่งมีความถี่ในชวง 30 เมกะเฮิรต (MHz) ถึง 300 เมกะเฮิรต (MHz) ดวยเหตุนี้ชื่อของความถี่ของ High Frequency; HF, Dielectric, Radio Frequency; RF สามารถสลับกันได แตอยางไรก็ตามชวงของยานความถี่ที่ยอมรับในการทําความรอนของ ไดอิเลคตริกคือ ความถี่ 1 ถึง 100 เมกะเฮิรต (MHz) ในขณะที่ไมโครเวฟใชยานความถี่ 300 เมกะเฮิรต (MHz) ถึง 300 กิกะเฮิรต (GHz)

THAMMASAT UNIVERSITY

หลักการพื้นฐานในการใหความรอนดวยไมโครเวฟวัสดุไดอิเล็กตริก (Dielectric materials) หมายถึงวัสดุกึ่งฉนวนที่มีโครงสรางพื้นฐานทางจุลภาคที่มีลักษณะเปนขั้วทางไฟฟา (Dipoles) ความถี่คลื่นของไมโครเวฟ 0.3 - 300 เมกะเฮิรต (MHz) หรือ ในชวงความยาวคลื่น 30 เซนติเมตร (cm) - 0.3 มิลลิเมตร (mm)

อันตรกิริยาระหวางวัสดุไดอิเล็กตริกและสนามไฟฟา (Electric Field)(ก) การเรียงตัวของสภาพเชงิขัว้ภายในวัสดุไดอิเลคตริกเมื่อไมมีสนามไฟฟา(ข) การเรียงตัวของสภาพเชิงขั้วเมื่อมีสนามไฟฟา

(ก) (ข)

050

100150

200

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

020406080100

Ele

ctric

Fie

ld E

y/Ey

in[-

]

x[m

m]

z[mm]

Sample

Rectangular Wave Guide

160 170 180 190 200 210

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0

20

40

60

80

100

Ele

ctri

c Fi

eld

Ey/E

y in[-

]

x[m

m]

z[mm]

Sample

Electric Field Distribution Inside a Rectangular Wave Guide

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

Ele

ctri

c Fi

eld

Ey/E

y in[-

]

Depth z[mm]

TU/THAILAND

Amplitude of Electric Field in Each State

-60 -40 -20 0 20 40 60-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

x=54.61[mm]

AirAir Packed Beds

Ele

ctric

Fie

ld E

y max

/Ey in

[-]

Depth z[mm]

-60 -40 -20 0 20 40 60-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0x=54.61[mm] AirAir Packed Beds

Ele

ctric

Fie

ld E

y max

/Ey in

[-]

Depth z[mm]

State A

State B-60 -40 -20 0 20 40 600.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0

x=54.61[mm]

C

AirAir Packed Beds

A

D B

Ele

ctri

c Fi

eld

Eym

ax/E

y in[-

]

Depth z[cm]

0 120 240 360 480 600 720 840 960 108020

30

40

50

60

70

80

C

DB

A

D epth C al. Exp.z=5 m m z=15m m z=25m m z=35m m z=45m m

d=0.15[m m ]T

inf=40.0[ºC ]

ρ∞

=0.057

T 0=30[℃ ]S

0=1.0

P=50[W ]x=54.61[m m ]

Tenm

pera

ture

T[℃

]

E lapsed T im e t[m in]

A

DC

B

TU/THAILAND

HeatHeat HumidityHumidity Decrease in Decrease in heat penetrateheat penetrate

Decrease in Decrease in humidityhumidity

Higher temperature Higher temperature and drynessand dryness

Wood SurfaceWood Surface

CoreCore

MW

-Dry

3K

ilnPrinciple of MW HeatingPrinciple of MW Heating

WoodWood

Water moleculeWater molecule

Wood SurfaceWood Surface

Wood CoreWood Core

Temp core > Temp surface

HumidityHumidity

Evaporate Rate core=Evaporate Rate surface

HumidityHumidity

HeatHeat

MicrowaveMicrowave

HH22OO+ +

MWMW

HH22OO+ +

MWMW

THAMMASAT UNIVERSITY

การเกิดความรอนของวัสดุ ดวยพลังงานตางๆ(a) พลังงานไมโครเวฟ (b) พลังงานแบบดั้งเดิม

(a) (b)

THAMMASAT UNIVERSITY

ขอดีของไมโครเวฟ 1.ใหความรอนไดรวดเร็ว (rapid heating)2.ใหความรอนอยางสม่ําเสมอ (uniform heating) ทุกสวนของวัสดุถูกทําใหรอน 3.ประสิทธิภาพสูง (high efficiency) เนื่องจากวัสดุถูกทําใหรอนดวยตัวเองจึงไมมีการสูญเสียตอ

สภาวะแวดลอมภายนอก4.เปนกระบวนการที่งายตอการทํางานและเปนเทคโนโลยีสะอาดมากกวาการใหความรอนโดยวิธีอื่น

เนื่องจากกระบวนการมีชิ้นสวนการทํางานที่มีลักษณะเคลื่อนไหวนอย ทําใหลดคาใชจายในการซอมบํารุงและมีชิ้นสวนประกอบที่มีขนาดเล็ก ทําใหใชพื้นที่ในการติดตั้งนอยและไมมีการปลอยควันไอเสียออกมาในระหวางกระบวนการ ทําใหไมมีปญหากับสิ่งแวดลอม

5.รักษาคุณภาพดั้งเดิมของวัสดุที่นํามาผานกระบวนการ เปลี่ยนแปลงไว อาทิเชน รูปทรง สี น้ําหนักและคุณคาทางอาหาร

THAMMASAT UNIVERSITY

ขอดอยของไมโครเวฟ 1. มีวัสดุบางชนิดไมสามารถทําใหรอนขึ้นได เนื่องจากสมบัติการเปนฉนวนไฟฟา 2. ผลิตภัณฑที่ทําจากโลหะไมสามารถทําใหรอนได3. ขอบเขตความยาวของคลื่นไมโครเวฟรวมถึงความแตกตางของอุณหภูมิของเนื้อวัสดุ แปรผัน

ตาม ขนาด รูปราง สมบัติทางไฟฟาของแตละวัสดุ ทําใหการทําความรอนแปรผันตามดวย4. อุปกรณคอนขางแพงกวาแบบอื่น5.การรั่วของคลื่นทําใหเกิดอันตรายได

1.51.083701.751.33360

21.917503.252.66740

20

2.52.167702.8332.58360

43.667506.9166.16740

10

6.57.57011.513602527.550303240

0

Air velocity (2.0 m/s) Air velocity (1.0 m/s)

Drying time (h) Air temperature (1C)Microwave power

(W)

ตารางแสดงเวลาในการอบแหงสําหรับกระเทียมที่กะเทาะเปลอืกออกแลวภายใตสภาวะการอบแหงที่เปลี่ยนแปลง

กราฟแสดงการสิ้นเปลอืงพลังงานจําเพาะภายใตสภาวะที่แตกตางในการอบแหงแบบใชลมรอนของกระเทียมกะเทาะเปลือกออกแลว

แสดงการสิ้นเปลืองพลังงานจําเพาะภายใตสภาวะการอบแหงแบบใชลมรอนรวมกับไมโครเวฟของกระเทียมปอกเปลือกทีค่วามเร็วลม

(a) 1 เมตรตอวินาที และ(b) 2 เมตรตอวินาที

① Magnetron② Power Monitor③ Computer④ Thermometer⑤ Light Fiber Sensor⑥ Detector⑦ Rectangular Wave Guide⑧ Isolator

Microwave

Flow

RectangularWave Guide

x

z

109.22[mm]54.61 [mm]

Insulator

Duct

Sample

TU/THAILAND

ความพรอมของหนวยงานความพรอมของหนวยงาน ( (R.C.M.E. LAB)R.C.M.E. LAB)

เครื่องอบแหงอเนกประสงคใชคลื่นไมโครเวฟรวมกับระบบสเปาเต็ดเบด (MW-Dry1)

รางวัลผลงานสิ่งประดษิฐคิดคนประจาํป 2549 สาขาวิศวกรรมศาสตรและอุตสาหกรรมวิจัยจากสภาวิจัยแหงชาติ

Commercialized Microwave Dryer using Unsymmetrical DoubleCommercialized Microwave Dryer using Unsymmetrical Double--

Feed with Spouted Bed SystemFeed with Spouted Bed System (MW(MW--Dry2)Dry2)

((พัฒนาเพิ่มเติมจากพัฒนาเพิ่มเติมจาก MWMW--Dry1Dry1))

รางวัลผลงานสิ่งประดิษฐคิดคนทางวิทยาศาสตรและเทคโนโลยี ประจาํป 2549กระทรวงวิทยาศาสตรและเทคโนโลยีและมูลนิธิธนาคารกรุงเทพ

A Combined MultiA Combined Multi--Feed Microwave Heater and Continuous Belt SystemFeed Microwave Heater and Continuous Belt System(MW(MW--Dry3)Dry3)

รางวัลผลงานสิ่งประดษิฐคิดคนประจาํป 2550 สาขาวิศวกรรมศาสตรและอุตสาหกรรมวิจัยจากสภาวิจัยแหงชาติ

รางวัลผลงานสิ่งประดษิฐโลก (SIIF 2006) รางวัลเหรยีญเงิน ณ กรุงโซล สาธารณรัฐเกาหลี

การปอนวัตถุดิบเขา-ออกจากเครื่อง

A Combined MultiA Combined Multi--Feed Microwave Feed Microwave -- Hot air Heating and Continuous Belt Hot air Heating and Continuous Belt SystemSystem

ระบบทําความรอนดวยไมโครเวฟ-ลมรอนรวมกับระบบสายพานลําเลียงอยางตอเนื่อง

Microwave Vacuum dryMicrowave Vacuum dry

ระบบอบแหงโดยใชไมโครเวฟรวมระบบสุญญากาศ (ระดับหองทดลอง)

Microwave Vacuum dryMicrowave Vacuum dry

ระบบอบแหงโดยใชไมโครเวฟรวมระบบสุญญากาศ (รวมกับบริษัทผูผลิตเชงิอุตสาหกรรม)

List of World ClassList of World Class--International Journals International Journals Published by R.C.M.EPublished by R.C.M.E

•Int. J. Numerical Method for Engineering•J. Materials Science•ASME Journal of Heat Transfer•International Journal of Heat and Mass Transfer•International Communications in Heat and Mass Transfer•Drying Technology International Journal•Applied Math. Modelling•Numerical Heat Transfer Part B - Fundamentals•IEEE Transactions of Microwave Theory and Techniques•ASME J. Manufacturing Science and Eng.•Chemical Engineering Science•Computers&Chemical Engineering•AIAA Journal of Thermophysics and Heat Transferetc

Contact us at http://www.rcme-tu.org

THAMMASAT UNIVERSITY

Thank You