ข้อมูลของเครื่องทำน้ำอุ่น

ในวันที่แดดจัด โครงสร้างสามารถปล่อยไอน้ำร้อนพอที่จะฆ่าเชื้ออุปกรณ์ทางการแพทย์ ตลอดจนใช้ในการปรุงอาหารและทำความสะอาด ไอน้ำยังอาจให้ความร้อนแก่กระบวนการทางอุตสาหกรรม หรืออาจรวบรวมและควบแน่นเพื่อผลิตน้ำดื่มที่ผ่านการแยกเกลือออกจากน้ำทะเลและกลั่นแล้ว ก่อนหน้านี้ นักวิจัยได้พัฒนาโครงสร้างคล้ายฟองน้ำที่ลอยอยู่ในภาชนะบรรจุน้ำและเปลี่ยนน้ำที่ดูดซับให้กลายเป็นไอน้ำ แต่ข้อกังวลใหญ่ก็คือสารปนเปื้อนในน้ำทำให้โครงสร้างเสื่อมโทรมเมื่อเวลาผ่านไป อุปกรณ์ใหม่นี้ได้รับการออกแบบให้ลอยอยู่เหนือน้ำเพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนที่อาจเกิดขึ้น อุปกรณ์แขวนนี้มีขนาดและความหนาเท่ากับแท็บเล็ตดิจิทัลขนาดเล็กหรือ e-reader และมีโครงสร้างเหมือนแซนวิช ชั้นบนสุดทำจากวัสดุที่ดูดซับความร้อนจากดวงอาทิตย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่ชั้นล่างจะปล่อยความร้อนนั้นอย่างมีประสิทธิภาพไปยัง น้ำด้านล่าง เมื่อน้ำถึงจุดเดือด (100 C) จะปล่อยไอน้ำที่ลอยขึ้นกลับขึ้นไปในอุปกรณ์ โดยถูกช่องทางผ่านชั้นกลาง ซึ่งเป็นวัสดุคล้ายโฟมที่ให้ความร้อนแก่ไอน้ำเหนือจุดเดือดต่อไป ก่อนที่น้ำจะเดือด สูบออกทางหลอดเดียว Thomas Cooper ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลแห่งมหาวิทยาลัยยอร์ค ซึ่งเป็นหัวหน้างานหลังปริญญาเอกของ MIT กล่าวว่า "มันเป็นระบบแบบพาสซีฟโดยสิ้นเชิง คุณเพียงแค่ปล่อยมันไว้ข้างนอกเพื่อดูดซับแสงแดด" "คุณสามารถขยายขนาดได้ถึงบางอย่างที่สามารถใช้ในสภาพอากาศที่ห่างไกลเพื่อสร้างน้ำดื่มให้เพียงพอสำหรับครอบครัว หรือฆ่าเชื้ออุปกรณ์สำหรับห้องผ่าตัดหนึ่งห้อง" ผลลัพธ์ของทีมมีราย ละเอียดอยู่ในบทความที่จะเผยแพร่ในNature Communications การศึกษาประกอบด้วยนักวิจัยจากห้องทดลองของ Gang Chen, Carl Richard Soderberg ศาสตราจารย์ด้าน Power Engineering ที่ MIT การผสมผสานที่ชาญฉลาด ในปี 2014 กลุ่มของ Chen ได้รายงานการสาธิตเครื่องกำเนิดไอน้ำแบบง่ายๆ ที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์เป็นครั้งแรก ในรูปแบบของโฟมคาร์บอนที่หุ้มด้วยกราไฟต์ซึ่งลอยอยู่บนน้ำ โครงสร้างนี้ดูดซับและจำกัดความร้อนของดวงอาทิตย์ไว้ที่ผิวน้ำ (มิฉะนั้นความร้อนจะซึมผ่านน้ำ) ตั้งแต่นั้นมา กลุ่มของเขาและคนอื่นๆ พยายามปรับปรุงประสิทธิภาพของการออกแบบด้วยวัสดุที่มีคุณสมบัติดูดซับแสงอาทิตย์ที่แตกต่างกัน เครื่องทำน้ำอุ่น แต่อุปกรณ์เกือบทุกชนิดได้รับการออกแบบให้ลอยน้ำได้โดยตรง และล้วนประสบปัญหาการปนเปื้อน เนื่องจากพื้นผิวของอุปกรณ์สัมผัสกับเกลือและสิ่งสกปรกอื่นๆ ในน้ำ ทีมงานตัดสินใจออกแบบอุปกรณ์ที่ลอยอยู่เหนือน้ำแทน อุปกรณ์นี้มีโครงสร้างให้ดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ความยาวคลื่นสั้น ซึ่งจะทำให้อุปกรณ์ร้อนขึ้น ทำให้เกิดการแผ่รังสีความร้อนนี้อีกครั้งในรูปของรังสีอินฟราเรดความยาวคลื่นที่ยาวกว่าไปยังน้ำด้านล่าง ที่น่าสนใจคือ นักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าความยาวคลื่นอินฟราเรดจะถูกดูดกลืนโดยน้ำได้ง่ายกว่า เมื่อเทียบกับความยาวคลื่นของแสงอาทิตย์ ซึ่งจะทะลุผ่านเข้าไปได้ สำหรับชั้นบนสุดของอุปกรณ์ พวกเขาเลือกวัสดุผสมเซรามิกโลหะที่เป็นตัวดูดซับแสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพสูง พวกเขาเคลือบชั้นล่างของโครงสร้างด้วยวัสดุที่ปล่อยความร้อนจากรังสีอินฟราเรดได้ง่ายและมีประสิทธิภาพ ระหว่างวัสดุทั้งสองนี้ พวกเขาประกบชั้นโฟมคาร์บอนแบบร่างแห โดยพื้นฐานแล้วเป็นวัสดุคล้ายฟองน้ำที่บุด้วยอุโมงค์และรูพรุนที่คดเคี้ยว ซึ่งกักเก็บความร้อนที่ส่องเข้ามาจากดวงอาทิตย์ และสามารถเพิ่มความร้อนให้กับไอน้ำที่พุ่งกลับขึ้นมาผ่านโฟม นักวิจัยยังได้ติดท่อระบายขนาดเล็กที่ปลายด้านหนึ่งของโฟม ซึ่งไอน้ำทั้งหมดสามารถออกและรวบรวมได้ง่าย ในที่สุด พวกเขาวางอุปกรณ์เหนือแอ่งน้ำและล้อมรอบการตั้งค่าทั้งหมดด้วยโครงโพลิเมอร์เพื่อป้องกันไม่ให้ความร้อนเล็ดลอดออกไป "นี่เป็นวิศวกรรมที่ชาญฉลาดของวัสดุต่างๆ และวิธีการจัดเรียงซึ่งช่วยให้เราบรรลุประสิทธิภาพที่สูงพอสมควรด้วยการจัดการแบบไม่สัมผัสนี้" Cooper กล่าว เดินหน้าเต็มสูบ นักวิจัยได้ทดสอบโครงสร้างนี้เป็นครั้งแรกโดยทำการทดลองในห้องแล็บ โดยใช้เครื่องจำลองแสงอาทิตย์ที่เลียนแบบลักษณะของแสงอาทิตย์ตามธรรมชาติที่ความเข้มแสงที่แตกต่างกันและควบคุมได้ พวกเขาพบว่าโครงสร้างดังกล่าวสามารถให้ความร้อนแก่แอ่งน้ำขนาดเล็กจนถึงจุดเดือดและผลิตไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่อุณหภูมิ 122 องศาเซลเซียส ภายใต้เงื่อนไขที่จำลองแสงแดดที่เกิดขึ้นในวันที่อากาศแจ่มใส เมื่อนักวิจัยเพิ่มความเข้มของแสงอาทิตย์ขึ้น 1.7 เท่า พวกเขาพบว่าอุปกรณ์ผลิตไอน้ำที่ร้อนกว่าที่ 144 องศาเซลเซียส เมื่อวันที่ 21 ตุลาคม 2017 พวกเขาทดสอบอุปกรณ์บนหลังคาอาคาร 1 ของ MIT ภายใต้สภาพแวดล้อม วันนั้นอากาศปลอดโปร่งและสว่าง และเพื่อเพิ่มความเข้มของดวงอาทิตย์ให้มากขึ้น นักวิจัยได้สร้างเครื่องรวมแสงอาทิตย์อย่างง่าย ซึ่งเป็นกระจกโค้งที่ช่วยรวบรวมและเปลี่ยนทิศทางแสงแดดให้มากขึ้นไปยังอุปกรณ์ ซึ่งจะเป็นการเพิ่มการไหลของแสงอาทิตย์ที่เข้ามา คล้ายกับวิธี แว่นขยายสามารถใช้รวมลำแสงของดวงอาทิตย์เพื่อทำให้พื้นถนนร้อนขึ้น ด้วยการป้องกันที่เพิ่มขึ้นนี้ โครงสร้างจึงผลิตไอน้ำได้เกิน 146 C ในช่วงเวลา 3.5 ชั่วโมง ในการทดลองต่อมา ทีมงานสามารถผลิตไอน้ำจากน้ำทะเลโดยไม่ทำให้ผลึกเกลือปนเปื้อนพื้นผิวของอุปกรณ์ ในการทดลองอีกชุดหนึ่ง พวกเขายังสามารถรวบรวมและควบแน่นไอน้ำในขวดแก้วเพื่อผลิตน้ำกลั่นที่บริสุทธิ์ Chen กล่าวว่า นอกเหนือจากการเอาชนะความท้าทายของการปนเปื้อนแล้ว การออกแบบอุปกรณ์ยังช่วยให้สามารถรวบรวมไอน้ำที่จุดเดียวในลำธารที่มีความเข้มข้น ในขณะที่การออกแบบก่อนหน้านี้ผลิตสเปรย์ที่เจือจางมากกว่า "การออกแบบนี้ช่วยแก้ปัญหาคราบสกปรกและปัญหาการสะสมไอน้ำได้อย่างแท้จริง" Chen กล่าว "ตอนนี้เรากำลังพยายามทำให้ระบบนี้มีประสิทธิภาพมากขึ้นและปรับปรุงระบบ มีโอกาสที่แตกต่างกัน และเรากำลังพิจารณาว่าตัวเลือกใดคือตัวเลือกที่ดีที่สุดในการดำเนินการ"