ผลงานวิจัย สิ่งประดิษฐ์ที่ยื่นขอจดทะเบียนสิทธิบัตรและอนุสิทธิบัตร มหาวิทยาลัยมหาสารคาม ปีงบประมาณ พ.ศ. 2553

ผลงานอนุสิทธิบัตรเรื่อง เครื่องอบแห้งผลไม้แบบถาดหมุนโดยใช้การแผ่รังสีอินฟราเรดร่วมกับการพาอากาศร้อน

เจ้าของผลงาน ดร.นเรศ มีโส  และ รศ.ดร.ศิริธร ศิริอมรพรรณ
1. อาจารย์ประจำคณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหาสารคาม
2. รองศาสตราจารย์ ประจำคณะเทคโนโลยี  มหาวิทยาลัยมหาสารคาม

ผลงานวิจัยโดยสรุป
ลักษณะของเครื่องอบแห้งผลไม้แบบถาดหมุนโดยใช้การแผ่รังสีอินฟราเรดร่วมกับการพาอากาศร้อนอันเป็นการประดิษฐ์นี้ประกอบด้วยส่วนที่สำคัญได้แก่ ห้องอบแห้งผลไม้ ซึ่งมีลักษณะเป็นกล่องสี่เหลี่ยมกลวง โดยที่บริเวณด้านหลังของห้องอบแห้งผลไม้มีประตูสำหรับเปิด-ปิดเพื่อปรับแต่งฐานติดตั้งหลอดรังสีอินฟราเรด ที่บริเวณด้านบนและด้านล่างของห้องอบแห้งผลไม้จะมีคานสำหรับรองรับปลายของแกนเพลาขับทั้งสองด้าน โดยปลายของแกนเพลาขับที่บริเวณด้านล่างของห้องอบแห้งผลไม้จะต่อไปยังชุดขับ ส่วนด้านหน้าของห้องอบแห้งผลไม้มีประตูสำหรับเปิด-ปิดเพื่อนำผลไม้ที่ต้องการอบแห้งเข้า-ออกในห้องอบแห้งผลไม้ โดยภายในห้องอบแห้งผลไม้จะมีชุดของถาดหมุนติดตั้งอยู่กับฐานติดตั้งถาดที่บริเวณตรงกลางของห้องอบแห้งผลไม้สำหรับวางผลไม้ที่ต้องการอบแห้ง ซึ่งที่บริเวณตรงกลางของชุดของถาดหมุนจะติดตั้งชุดของหลอดรังสีอินฟราเรดหนึ่งแถวตามแนวความสูงของห้องอบแห้ง และจะติดตั้งอีกสามแถวตามแนวความสูงของห้องอบแห้งที่บริเวณด้านหลังภายในห้องอบแห้งผลไม้ นอกจากนี้ส่วนที่สำคัญอื่นๆ ของเครื่องอบแห้งผลไม้ดังกล่าว ประกอบด้วย อุปกรณ์ให้ความร้อน พัดลม และท่ออากาศในส่วนต่างๆ ของเครื่องอบแห้งดังกล่าว

ประโยชน์ของงานวิจัย
ปัญหาของเครื่องอบแห้งผลไม้แบบถาดอยู่กับที่ที่พบส่วนมากคือ ปัญหาของการกระจายกระแสของอากาศร้อนภายในห้องอบแห้งผลไม้มักจะไม่ทั่วถึง ทำให้ผลไม้ที่วางเรียงกันอยู่ในตำแหน่งต่างๆ บนถาดแห้งไม่เท่ากัน รวมทั้งปัญหาของผลไม้ในบริเวณที่กระแสของอากาศร้อนเข้าสู่ห้องอบแห้งจะแห้งมากกว่าผลไม้ในบริเวณที่กระแสของอากาศร้อนออกจากห้องอบแห้ง นอกจากนี้ยังมีปัญหาอีกประเด็นหนึ่งที่จะเกิดขึ้นในกรณีที่เครื่องอบแห้งผลไม้แบบถาดอยู่กับที่ใช้อุณหภูมิของอากาศร้อนสูงคือ การเกิดลักษณะแข็งตามผิวของผลไม้ (Case hardening) สาเหตุเนื่องจากกระแสของอากาศร้อนที่พาความร้อนไปยังผิวของผลไม้มีสัมประสิทธิ์การพาความร้อน (Convective heat transfer coefficient) สูง ทำให้ความชื้นที่บริเวณผิวของผลไม้ระเหยไปเร็วกว่าการแพร่ความชื้นจากภายในของผลไม้ออกมาสู่ผิวของผลไม้ หรือเรียกว่า การเกิด Moisture gradient จึงส่งผลทำให้ผิวของผลไม้แห้งและมีลักษณะแข็งตามผิวของผลไม้ ซึ่งลักษณะดังกล่าวนี้จะไปกั้นความชื้นที่อยู่ภายในของผลไม้ให้แพร่ออกมาสู่ผิวของผลไม้ได้ยากขึ้น ดังนั้นจากปัญหาของการกระจายกระแสของอากาศร้อนภายในห้องอบแห้งผลไม้ และปัญหาของผลไม้ในบริเวณที่กระแสของอากาศร้อนเข้าสู่และออกจากห้องอบแห้งมีการแห้งไม่เท่ากันดังที่กล่าวมาเบื้องต้นนี้สามารถแก้ไขได้โดยการออกแบบถาดผลไม้ภายในห้องอบแห้งของเครื่องอบแห้งผลไม้ให้เป็นถาดหมุน เนื่องจากถาดหมุนจะหมุนให้ผลไม้ที่วางอยู่บนถาดสัมผัสกับกระแสของอากาศร้อนได้อย่างทั่วถึงภายในห้องอบแห้ง ส่วนปัญหาการเกิดลักษณะแข็งตามผิวของผลไม้สามารถแก้ไขได้โดยการนำเอารังสีอินฟราเรด (Infrared Radiation, IR) ซึ่งมีความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 0.75-100 mm  มาใช้ร่วมกับการพาอากาศร้อนในเครื่องอบแห้งผลไม้แบบถาดหมุน เพื่อช่วยลดการเกิด Moisture gradient  เนื่องจากส่วนประกอบหลักของผลไม้ เช่น โปรตีน น้ำตาล ไขมัน และน้ำ จะดูดกลืนพลังงานของรังสีอินฟราเรดที่แผ่รังสีมาตกกระทบลงบนผิวของผลไม้และทะลุทะลวง (Penetration) เข้าไปภายในผลไม้  จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสภาวะการสั่นสะเทือนของโมเลกุลกลายเป็นพลังงานความร้อนขึ้นภายในผลไม้  ส่งผลทำให้ความชื้นหรือน้ำเกิดการแพร่จากภายในผลไม้ออกไปยังผิวของผลไม้ และถูกพาออกไปจากผิวของผลไม้โดยการพาอากาศร้อนได้เร็วกว่าการอบแห้งโดยใช้การพาอากาศร้อนเพียงอย่างเดียว  ดังนั้นจึงทำให้การเกิด Moisture gradient  ของผลไม้ภายใต้การอบแห้งโดยใช้การแผ่รังสีอินฟราเรดร่วมกับการพาอากาศร้อนเกิดน้อยกว่าการอบแห้งโดยใช้การพาอากาศร้อนเพียงอย่างเดียว  สำหรับการถ่ายโอนความชื้นของผลไม้ภายใต้การอบแห้งโดยใช้การพาอากาศร้อนอย่างเดียวนั้น จะเริ่มถ่ายโอนจากผิวของผลไม้ก่อน  หลังจากนั้นความชื้นจากภายในผลไม้จะค่อยๆ แพร่ออกมายังผิวของผลไม้และถูกพาออกไปโดยกระแสของอากาศร้อน  จึงทำให้การลดความชื้นโดยการอบแห้งโดยใช้การพาอากาศร้อนอย่างเดียวช้ากว่าและเกิด Moisture gradient มากกว่าการอบแห้งโดยใช้การแผ่รังสีอินฟราเรดร่วมกับการพาอากาศร้อน  นอกจากนี้การอบแห้งโดยใช้การแผ่รังสีอินฟราเรดยังมีลักษณะเด่นที่สำคัญคือ มีประสิทธิภาพสูงในการถ่ายโอนความร้อนไปสู่ผลไม้ที่ถูกอบแห้ง จึงส่งผลทำให้ลดระยะเวลาของการอบแห้งและลดการใช้พลังงาน รวมทั้งยังมีลักษณะเด่นอื่นๆ อีก เช่น เป็นอุปกรณ์ขนาดเล็ก ใช้พื้นที่ติดตั้งน้อย และควบคุมง่าย ดังนั้นในการประดิษฐ์ครั้งนี้จึงได้ออกแบบเครื่องอบแห้งผลไม้แบบถาดหมุนโดยใช้การแผ่รังสีอินฟราเรดร่วมกับการพาอากาศร้อนเพื่อแก้ไขปัญหาของเครื่องอบแห้งผลไม้แบบถาดอยู่กับที่ดังที่กล่าวผ่านมาเบื้องต้นนี้