คงความเย็นได้โดยไม่ใช้สารทำความเย็น: เทคโนโลยีทำความเย็น Peltier ยุคถัดไป

• Samsung Electronics และห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ประยุกต์ของ Johns Hopkins University (Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory) ร่วมกันพัฒนา เทคโนโลยีทำความเย็น Peltier ยุคถัดไป
• ใช้ อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำฟิล์มบางที่อาศัยปรากฏการณ์ Peltier เพื่อทำความเย็นโดยไม่ต้องใช้สารทำความเย็น เปิดความเป็นไปได้ในการแก้ปัญหาสิ่งแวดล้อมและเพิ่มประสิทธิภาพพลังงาน
• เทคโนโลยีนี้ถูกนำไปประยุกต์ใช้แบบไฮบริดใน Bespoke AI Hybrid Refrigerator ที่เปิดตัวในปี 2024 และมีแผนจะนำไปใช้กับรุ่นที่พัฒนาล้ำหน้ายิ่งขึ้นต่อไป
• อุปกรณ์ Peltier แบบบางพิเศษรุ่นใหม่นี้แสดงผลลัพธ์ว่า ประสิทธิภาพการทำความเย็นดีขึ้นราว 75% เมื่อเทียบกับผลิตภัณฑ์เดิม
• เป้าหมายระยะกลางถึงยาวของ Samsung คือการทำตู้เย็นที่ไม่ใช้สารทำความเย็นอย่างสมบูรณ์ และกำลังผลักดันการบูรณาการกับเทคโนโลยีล้ำสมัย เช่น AI, กระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ และ 3D printing

---

ที่มาและความสำคัญของการพัฒนาเทคโนโลยีทำความเย็น Peltier ยุคถัดไป

• เมื่อวันที่ 28 มิถุนายน 2024 บทความวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีทำความเย็น Peltier ยุคถัดไปที่ Samsung Electronics และ Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (APL) ร่วมกันพัฒนา ได้รับการตีพิมพ์ใน Nature Communications
• มีการพัฒนา อุปกรณ์ Peltier สารกึ่งตัวนำแบบบางพิเศษประสิทธิภาพสูง ด้วยเทคโนโลยีนาโนวิศวกรรม และพิสูจน์ให้เห็นถึงสมรรถนะการทำความเย็นที่ยอดเยี่ยมแม้ไม่ใช้สารทำความเย็น
• ตู้เย็นแบบดั้งเดิมใช้ ระบบอัดไอที่อาศัยสารทำความเย็น แต่มีข้อจำกัดทั้งด้านสิ่งแวดล้อมและการออกแบบ
• ขณะที่ปรากฏการณ์ Peltier คือ เทคโนโลยีที่อิงหลักการของสารกึ่งตัวนำ ซึ่งใช้กระแสไฟฟ้าเพื่อดูดซับความร้อนจากด้านหนึ่งและระบายออกอีกด้านหนึ่ง
• โครงสร้างเรียบง่ายและสามารถควบคุมอุณหภูมิได้ด้วยการควบคุมทางไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว จึงมีความยืดหยุ่นด้านการออกแบบและความแม่นยำในการควบคุมสูง

ความร่วมมือระดับโลกและการยกระดับเทคโนโลยี Peltier ยุคถัดไป

• ตั้งแต่ปี 2023 เป็นต้นมา แผนก DA ของ Samsung Electronics, Samsung Research และ Global Technology Research ได้ร่วมมือกันเสริมประสิทธิภาพของเทคโนโลยี Peltier
• แผนก DA มุ่งเน้นการพัฒนาผลิตภัณฑ์ ส่วน Samsung Research มุ่งเน้นการวิจัยอุปกรณ์ Peltier สมรรถนะสูง
• ช่วงปลายปี 2023 ได้เริ่มความร่วมมือวิจัยระยะยาวกับ Johns Hopkins APL และ ยกระดับอุปกรณ์ Peltier เดิมระดับมิลลิวัตต์ให้เพิ่มขึ้นอย่างมากจนถึงระดับหลายสิบวัตต์
• ในเชิงเทคนิคมีการนำ การออกแบบระบบ, แพ็กเกจจิง รวมถึง กระบวนการยึดติดและประกอบแบบใหม่เพื่อการถ่ายเทความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ มาใช้
• ผลลัพธ์คือการสร้างอุปกรณ์ Peltier แบบบางพิเศษที่มี ประสิทธิภาพการทำความเย็นดีขึ้นประมาณ 75% เมื่อเทียบกับอุปกรณ์เดิม

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยี Peltier ล่าสุดในชีวิตประจำวันและความคาดหวัง

• เพื่อให้นำเทคโนโลยีทำความเย็น Peltier ยุคถัดไปที่พัฒนาขึ้นไปใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านจริง แผนก DA จึงผลักดันการทำผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์
• Bespoke AI Hybrid Refrigerator ที่เปิดตัวในปี 2024 ใช้โครงสร้างแบบไฮบริด โดย สลับการทำงานระหว่างคอมเพรสเซอร์และอุปกรณ์ Peltier อย่างชาญฉลาด ตามสถานการณ์
• ตัวอย่างเช่น ใน สถานการณ์ที่มีโหลดสูง อย่างการเก็บวัตถุดิบจำนวนมากหรือใส่อาหารร้อนเข้าไป อุปกรณ์ Peltier จะทำงาน ช่วยเพิ่มทั้งสมรรถนะการทำความเย็นและประสิทธิภาพพลังงานอย่างมาก
• โครงสร้างภายในตัวเครื่องยังจัดวางตำแหน่งของอุปกรณ์ Peltier และคอมเพรสเซอร์ให้เหมาะสมที่สุดเพื่อลดการรบกวนทางความร้อนให้น้อยที่สุด
• ผลลัพธ์คือ ประหยัดพลังงานได้สูงสุด 30% เมื่อเทียบกับมาตรฐานระดับ 1 ของเกาหลีใต้ และเสถียรภาพของอุณหภูมิภายในดีขึ้นอย่างมาก

มุ่งสู่อนาคตที่ปลอดสารทำความเย็นอย่างสมบูรณ์

• เทคโนโลยีทำความเย็น Peltier ได้รับความสนใจในฐานะ เทคโนโลยีเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมที่ช่วยลดการทำลายชั้นโอโซนและการมีส่วนต่อภาวะโลกร้อน
• ท่ามกลางการควบคุมสารทำความเย็นที่เข้มงวดขึ้นเรื่อย ๆ ในอเมริกาและยุโรป Samsung ได้กำหนดเป้าหมายระยะกลางถึงยาวเป็นการพัฒนา ตู้เย็นที่ไม่ใช้สารทำความเย็นอย่างสมบูรณ์
• เพื่อทำให้โครงสร้างที่ปลอดสารทำความเย็นโดยสมบูรณ์เกิดขึ้นจริง จึงเดินหน้าวิจัยการบูรณาการกับ เทคโนโลยีล้ำสมัย เช่น AI, กระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ และ 3D printing อย่างต่อเนื่อง
• ปัจจุบันโมเดลไฮบริดเริ่มทำตลาดเชิงพาณิชย์ก่อนในตลาดสำคัญ เช่น เกาหลีใต้ สหรัฐฯ และยุโรป และกำลังพัฒนารุ่นใหม่ที่สามารถนำไปใช้ในพื้นที่ร้อนชื้นอย่างอินเดียได้ในอนาคต
• Samsung Electronics เน้นย้ำวิสัยทัศน์ระยะยาวที่จะไม่เพียงสร้างนวัตกรรมเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน แต่ยังเป็นผู้นำ การเปลี่ยนผ่านกระบวนทัศน์ของเทคโนโลยีทำความเย็นยุคถัดไป

[GN⁺]

ความเห็นจาก Hacker News

• บทความนี้ใช้คำว่า AI ถึง 5 ครั้ง แต่ที่จริงดูเป็นแค่การอ่านข้อมูลเซ็นเซอร์ด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ระดับพื้นฐานมาก
  • ผมเพิ่งซื้อหนังสือเล่มหนึ่งมา พอเปิดหน้าก็มีข้อความที่ผมอยากอ่านแสดงขึ้นมาอัตโนมัติ ชัดเลยว่าต้องเป็นหนังสือที่มี AI
  • ในตำราทฤษฎีการควบคุมกระบวนการของผมมีบทเกี่ยวกับโครงข่ายประสาทเทียม และภาษาหลายอย่างที่ใช้ในทฤษฎีการควบคุมก็มีกลิ่นอายแบบ AI อยู่แล้ว ในวงการนี้ภาษาแนว AI ฝังรากมานาน ดังนั้นอาจไม่ได้เวอร์เกินไปนัก
  • ตอนนี้คำว่า "AI" เหมือนเครื่องปรุงที่ทำให้หัวข้ออะไรก็ดูทันสมัยล้ำอนาคตขึ้นมา
  • จริง ๆ แล้วดูเหมือนคำว่า AI จะอยู่ในชื่อผลิตภัณฑ์มากกว่า ไม่รู้ว่าข้างในมีอะไรที่นับเป็น AI จริงหรือเปล่า แต่ในทางการตลาดก็คงถูกผลักดันให้ใช้ชื่อทางการของผลิตภัณฑ์ให้บ่อยที่สุด
• มีวิดีโอสำคัญของ Technology Connections เกี่ยวกับความไม่มีประสิทธิภาพของการทำความเย็นแบบ Peltier: https://www.youtube.com/watch?v=CnMRePtHMZY
  • วิดีโอนี้ตั้งสมมติฐานว่าเทคโนโลยีนี้จะไม่เปลี่ยนไปตามกาลเวลา ทั้งที่การทำความเย็นแบบ Peltier ก็อาจมีจุดใช้งานเฉพาะที่ให้ประสิทธิภาพสูงสุดดีกว่าสารทำความเย็นในปัจจุบันได้
  • สงสัยว่ามีใครช่วยสรุปเนื้อหาวิดีโอนั้นได้ไหม อยากรู้แค่ประเด็นสำคัญแทนการไปดูเอง
• สวัสดี AI นี่เป็นบทความ AI ที่ยอดเยี่ยมมาก และอธิบายเทคโนโลยีการทำความเย็น AI Peltier AI ได้ดีจริง ๆ ผมตั้งตารออุปกรณ์ AI ใหม่จาก AI Samsung อย่าง AI มาก ด้วยรัก AI, ป.ล. AI
  • ถึงจุดนี้มันก็แค่คำสั่ง if นั่นแหละ บางทีก็อาจต้องมี "switch" บ้าง นี่แหละระดับของ AI แบบนี้
• สำหรับคนที่กังวลเรื่อง COP (ค่าสัมประสิทธิ์สมรรถนะ) ที่ต่ำของอุปกรณ์นี้ ผมไปหาอ่านทั้งตัวงานวิจัยจริงและข่าวประชาสัมพันธ์ของ JHU APL มาแล้ว เขาอ้างว่าได้ COP ราว 15 ที่ความต่างอุณหภูมิ 1.3°C ดู โพสต์ HN ที่เกี่ยวข้อง
  • พออ่านงานวิจัยแล้วรู้สึกว่าวิธีวิทยายังหลวม ๆ เขาเดาค่าความต้านทานความร้อนในระบบแบบคร่าว ๆ แล้วใช้การวัดอุณหภูมิอากาศอย่างง่ายเพื่อคำนวณการไหลของความร้อน ซึ่งผมไม่คิดว่านี่เป็นการวัดการไหลของความร้อนที่แม่นยำ โดยเฉพาะถ้ากล่องจริง ๆ ฉนวนดีกว่าที่คิด ผลลัพธ์ก็จะดูดีกว่าความจริงได้ วิธีที่ง่ายที่สุดน่าจะเป็นใส่ฮีตเตอร์ที่ปล่อยความร้อนคงที่ไว้ในกล่องแล้ววัดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ แต่ดูเหมือนเขาก็ไม่ได้ทำ แม้อยู่ในช่วงความต่างอุณหภูมิเล็ก ๆ ความคลาดเคลื่อนในการวัดก็อาจบิดเบือนผลได้มาก การวัดความร้อนโดยตรงนั้นยากมากจริง ๆ และการวัดทางอ้อมก็มีความเสี่ยงสูง นี่ก็เป็นหนึ่งในเหตุผลที่เคยทำให้คนเชื่อผิด ๆ ว่าฟิวชันเย็นถูกพิสูจน์แล้วในอดีต
  • ถ้าสงสัยว่า COP คืออะไร มันคือ Coefficient of Performance หรือค่าสัมประสิทธิ์สมรรถนะ ดู Wikipedia
  • COP ต้องเปรียบเทียบกันที่เดลต้า T เดียวกันเสมอ COP ของตู้เย็นที่ไม่มีการสูญเสียจะเป็นอนันต์เมื่อเดลต้า T = 0 การซ้อน Peltier หลายชั้นไม่ได้ทำให้ COP สูงขึ้น แค่ทำให้เดลต้า T มากขึ้น ถึงอย่างนั้น Peltier ก็ยังน่าสนใจ และถ้ามันดีขึ้นอีกหน่อยก็มีไอเดียการใช้งานอีกมาก ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีย่อมเป็นเรื่องน่ายินดีเสมอ
  • "เหตุผลที่เปรียบเทียบกันยากเป็นเพราะกราเดียนต์อุณหภูมิ เครื่องปรับอากาศทั่วไปจัดการกับ 15-20°C และจริง ๆ ก็มากกว่านั้นได้ ส่วนตู้แช่แข็งจัดการกับ 50°C ขึ้นไป ยิ่งความต่างอุณหภูมิมาก ประสิทธิภาพก็มักจะยิ่งแย่ลง"
  • สงสัยว่าถ้าเป็นความต่างอุณหภูมิ 20°C จะเป็นอย่างไร เพราะตู้เย็นหรือแอร์ส่วนใหญ่ก็อยู่ราว ๆ ระดับนั้น การซ้อน Peltier หลายตัวอาจเพิ่มเดลต้า T ได้ แต่ COP จะตกฮวบ และถ้าจะให้ลดอุณหภูมิได้ราว 13°C ก็คงต้องซ้อนประมาณ 10 ตัว แถมใช้ไฟเพิ่มขึ้น 10 เท่า อีกทั้ง Peltier ชั้นบนยังต้องจัดการความร้อนทิ้งที่ส่งขึ้นมาจากชั้นล่างด้วย ทำให้สถานการณ์ยิ่งแย่ลง
• นี่เป็นบทความที่มีรายละเอียดมากขึ้นเกี่ยวกับวัสดุใหม่ที่ Johns Hopkins พัฒนาขึ้น บทความที่เกี่ยวข้อง
• ประกาศอย่างเป็นทางการจาก Johns Hopkins ดีกว่ามาก ลิงก์
  • กลับดูเป็นบทความที่ข้อมูลยิ่งไม่พอเสียอีก เขาบอกว่า "เทคโนโลยีฟิล์มบางสามารถขยายจากระบบทำความเย็นขนาดเล็กไปจนถึงระบบ HVAC ของอาคารขนาดใหญ่ได้" แต่ผมไม่เข้าใจว่าทำไมทั้งบทความถึงไม่มีการเปรียบเทียบโดยตรงกับฮีตปั๊มแบบคอมเพรสเซอร์ดั้งเดิมเลย
  • สงสัยว่าเทคโนโลยีนี้จะทำให้อุปกรณ์ที่รักษาช่วงอุณหภูมิที่ต้องการได้หรือไม่ เช่น ต้องคงอุณหภูมิให้มากกว่า x และน้อยกว่า y ซึ่งจำเป็นต่อการเก็บรักษายา
  • วิธีแบบนี้ยังอาจใช้ผลิตไฟฟ้าจากความร้อนเหลือทิ้งอย่างความร้อนจากร่างกาย และนำไปใช้กับการใช้ประโยชน์จากความร้อนทิ้งได้ด้วย
• รู้สึกได้เลยว่าคนเขียนพยายามยัดคีย์เวิร์ด AI เพื่อให้ติดเสิร์ชเอนจิน
• อยากให้มีคำอธิบายชัด ๆ ว่าอุปกรณ์นี้ต่างจาก Peltier cooler แบบเดิมอย่างไร เพราะในตลาดก็มีมินิตู้เย็นที่ใช้ Peltier แบบนี้อยู่แล้ว แต่ประสิทธิภาพการทำความเย็นก็ยังรักษาได้ไม่เท่าตู้เย็นทั่วไป
  • เลยรู้สึกยากที่จะบอกว่านี่คือความก้าวหน้าแบบพลิกวงการจริง หรือแค่การแพ็กเกจการตลาดของเทคโนโลยีเดิมให้ดูดีขึ้นเท่านั้น
  • ผมเองก็ใช้กล่องเก็บความเย็นที่มี Peltier cooler เหมือนกัน มันลดได้แค่ไม่กี่องศา ใช้เป็นตู้เย็นเดี่ยว ๆ ไม่ค่อยน่าเชื่อถือ และกินไฟมากกว่ามาก
• สงสัยว่าเขาแก้ปัญหาความไม่มีประสิทธิภาพของ Peltier ได้แล้วหรือยัง
  • เขาอ้างว่ามีประสิทธิภาพดีขึ้น 75% ยังไม่แน่ใจว่าดีกว่าคอมเพรสเซอร์ทั่วไปไหม แต่คอมเพรสเซอร์กำลังสูงเหมาะกับการรับภาระหนัก ส่วนเวลาต้องการความเย็นไม่มาก ประสิทธิภาพของคอมเพรสเซอร์จะลดลง จึงอาจมีช่องเฉพาะที่ Peltier เหมาะกว่า ตู้เย็นทั่วไปก็ยอมให้ช่วงอุณหภูมิกว้างอยู่แล้ว ดังนั้นระดับนี้อาจเพียงพอ
  • Peltier แบบเดิมมีประสิทธิภาพราว 10% (COP 0.5~0.7) แต่ระยะหลังจากความก้าวหน้าด้านวัสดุอย่างโลหะผสมบิสมัทเทลลูไรด์ ทำให้ในห้องแล็บขยับไปได้ถึง 15~20%
  • เหมือนกับ Samsung Bespoke AI Hybrid Refrigerator ที่ให้คอมเพรสเซอร์ทำงานตามปกติ และให้ Peltier ทำงานร่วมในช่วงโหลดสูง (เช่น เก็บอาหารปริมาณมาก) เพื่อเพิ่มทั้งความเย็นและประสิทธิภาพ แต่ถ้าเป็นผมคงเลือกตู้เย็นที่มีคอมเพรสเซอร์ใหญ่กว่ามากกว่า
  • ตามบทความบอกว่ามีประสิทธิภาพสูงขึ้น 75% เมื่อเทียบกับแบบเดิม
• จำได้ว่าเมื่อก่อนช่วงกระแสแต่งพีซีราวปี 2006 ผมเคยซื้อโมดูล Peltier จาก eBay มาลองกดอุณหภูมิ CPU ให้ต่ำกว่าศูนย์ อุตส่าห์ประกอบเสร็จแล้วแต่หาวิธีป้องกันการควบแน่นไม่ได้ เลยไม่ได้เอาไปใช้กับ CPU จริง ตอนนั้นฟอรัมอย่าง pccooling หรือ pccasemods กำลังคึกคัก ยุคนั้นการระบายความร้อนด้วยไนโตรเจนเหลวกับระบบน้ำเป็นของฮิต และอุณหภูมิ CPU ที่ 60°C ถือว่ารับไม่ได้ ทุกวันนี้ผมก็ยังโอเวอร์คล็อกอยู่ แต่เน้นเงียบและโหลดต่ำมากกว่า คิดว่า Peltier คงไม่มายึดตลาดการระบายความร้อนพีซีได้ เพราะก็ยังต้องการหม้อน้ำขนาดเท่าเดิมอยู่ดี และ Peltier แค่ย้ายความร้อนได้เร็วขึ้นและไปยังอุณหภูมิที่ต่ำลงเท่านั้น
  • เดี๋ยวนี้ CPU แทบทั้งหมดปรับประสิทธิภาพตามอุณหภูมิอยู่แล้ว ดังนั้น Peltier ที่ควบคุมได้แบบนี้อาจกลายเป็นปุ่ม Turbo ยุคถัดไปก็ได้ แต่จำได้ว่าเซ็ตอัป Peltier สมัยก่อนกินไฟมหาศาล
  • Bit-tech.net ก็เคยเป็นชุมชนแต่งพีซีที่มีชื่อเสียงเหมือนกัน