ผลงานวิจัย สิ่งประดิษฐ์ที่ยื่นขอจดทะเบียนสิทธิบัตรและอนุสิทธิบัตร มหาวิทยาลัยมหาสารคาม ปีงบประมาณ พ.ศ. 2554

ผลงานอนุสิทธิบัตรเรื่อง  เครื่องอบแห้งเมล็ดพืชแบบฟลูอิไดซ์เบดโดยใช้การแผ่รังสีอินฟราเรดคลื่นสั้นร่วมกับการพาอากาศร้อน (สิทธิบัตร/5934)

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

ผลงานวิจัยโดยสรุป
ลักษณะของเครื่องอบแห้งเมล็ดพืชแบบฟลูอิไดซ์เบดโดยใช้การแผ่รังสีอินฟราเรดคลื่นสั้นร่วมกับการพาอากาศร้อนประกอบด้วยส่วนประกอบหลักที่สำคัญได้แก่ ห้องอบแห้งเมล็ดพืช ซึ่งประกอบด้วยสองส่วนดังนี้ ส่วนที่หนึ่งคือ ส่วนด้านล่างของห้องอบแห้งเมล็ดพืชจะมีลักษณะเป็นท่อสี่เหลี่ยมขยายรูป โดยที่ปลายด้านล่างของท่อดังกล่าวจะเชื่อมต่อกับแผ่นกระจายอากาศ  ส่วนบริเวณผนังด้านหลังของท่อดังกล่าวจะมีถังปล่อยเมล็ดพืชและใบชัก และที่บริเวณส่วนปลายของผนังด้านข้างด้านหนึ่งของท่อดังกล่าวจะมีช่องและฝาสำหรับเปิด-ปิดให้เมล็ดพืชไหลออกจากห้องอบแห้งเมล็ดพืช และส่วนที่สอง คือ ส่วนบนของห้องอบแห้งเมล็ดพืชจะมีลักษณะเป็นท่อสี่เหลี่ยมลดรูป โดยที่บริเวณผนังด้านข้างด้านในทั้งสองด้านของท่อดังกล่าวจะมีชุดหลอดรังสีอินฟราเรดคลื่นสั้นติดตั้งไว้กับฐานติดตั้งหลอด ส่วนด้านหน้าของห้องอบแห้งเมล็ดพืชจะมีประตูพร้อมกับน๊อตล็อกแบบมือหมุน และที่บริเวณตรงกลางประตูดังกล่าวจะมีช่องกระจกสำหรับมองดูการลอยตัวของเมล็ดพืชภายในห้องอบแห้งเมล็ดพืช ส่วนประกอบอื่นๆ ของเครื่องอบแห้งดังกล่าว ประกอบด้วย อุปกรณ์ให้ความร้อนสำหรับควบคุมอุณหภูมิของอากาศร้อนที่ใช้อบแห้ง พัดลมสำหรับดูดและเป่าอากาศ เครื่องดักฝุ่นสำหรับแยกฝุ่นผงออกจากอากาศร้อน และท่ออากาศและใบชักในส่วนต่างๆ ของเครื่องอบแห้งดังกล่าว

ประโยชน์ของงานวิจัย
การศึกษาปัญหาและแนวทางการแก้ไขเมล็ดพืชที่มีความชื้นสูงหลังการเก็บเกี่ยวในช่วงหลายๆ ปีที่ผ่านมาได้มีการศึกษาหาความเป็นไปได้ในระดับหนึ่ง ต่อมาเมื่อปัญหาของเมล็ดพืชชื้นหลังการเก็บเกี่ยวมีมากขึ้น และความต้องการเพิ่มคุณภาพเมล็ดพืชให้สูงขึ้นเพื่อแข่งขันทางด้านการค้า จึงได้มีการศึกษาค้นคว้าและวิจัยหาแนวทางการจัดการเมล็ดพืชที่มีความชื้นสูงหลังการเก็บเกี่ยวกันอย่างจริงจัง เพื่อรักษาผลิตผลให้มีคุณภาพสูง ลดความสูญเสียของเมล็ดพืช และสามารถยืดระยะเวลาการเก็บรักษาให้ยาวนานขึ้น ดังนั้นแนวทางการแก้ไขปัญหาอย่างเป็นระบบจะต้องเริ่มตั้งแต่การเป่าด้วยอากาศแวดล้อมเข้าไปภายในกองเมล็ดพืชเพื่อระบายความร้อนในขณะที่รอการอบแห้ง และเมื่อนำเมล็ดพืชไปทำการอบแห้งจะแบ่งออกเป็นสองช่วง คือ ในช่วงแรก ลดความชื้นเมล็ดพืชอย่างรวดเร็วด้วยเครื่องอบแห้งแบบฟลูอิไดซ์เบดโดยใช้การพาอากาศร้อน และในช่วงที่สอง ลดความชื้นเมล็ดพืชอย่างช้าๆ ด้วยเครื่องอบแห้งโดยใช้การพาอากาศร้อนทั่วไป  แต่ก็พบปัญหาว่า เมล็ดพืชที่ผ่านการอบแห้งออกมาจากเครื่องอบแห้งแบบฟลูอิไดซ์เบดโดยใช้การพาอากาศร้อนในช่วงแรกนั้นจะมีความชื้นที่บริเวณผิวของเมล็ดพืชแตกต่างกับภายในแกนกลางของเมล็ดพืชมาก หรือเรียกว่า การเกิด Moisture gradient มาก โดยเฉพาะภายในแกนกลางเมล็ดพืชจะมีความชื้นมากกว่าผิวของเมล็ดพืช และเกิดความเครียดขึ้น จึงส่งผลทำให้เมล็ดพืชเกิดการแตกร้าว สาเหตุเนื่องมาจากเมล็ดพืชถูกลดความชื้นลงอย่างรวดเร็วด้วยเครื่องอบแห้งแบบฟลูอิไดซ์เบดโดยใช้การพาอากาศร้อน ปัญหาดังกล่าวนี้จึงกลายเป็นข้อจำกัดของเครื่องอบแห้งเมล็ดพืชแบบฟลูอิไดซ์เบดโดยใช้การพาอากาศร้อนในระบบอบแห้งเมล็ดพืชจากข้อจำกัดของเครื่องอบแห้งเมล็ดพืชแบบฟลูอิไดซ์เบดโดยใช้การพาอากาศร้อนจึงได้นำเอารังสีอินฟราเรดคลื่นสั้น (Near-infrared Radiation, NIR) ซึ่งมีความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 0.75-3 mm  มาใช้ร่วมกับการพาอากาศร้อนในเครื่องอบแห้งเมล็ดพืชแบบฟลูอิไดซ์เบด เพื่อช่วยลด Moisture gradient เนื่องจากส่วนประกอบหลักของเมล็ดพืช เช่น โปรตีน น้ำตาล ไขมัน และน้ำ จะดูดกลืนพลังงานของรังสีอินฟราเรดคลื่นสั้นที่แผ่รังสีมาตกกระทบลงบนผิวของเมล็ดพืชและที่ทะลุทะลวง (Penetration) เข้าไปภายในเมล็ดพืช จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในสภาวะการสั่นสะเทือนของโมเลกุลกลายเป็นพลังงานความร้อนขึ้นภายในเมล็ดพืช ส่งผลทำให้ความชื้นหรือน้ำในสถานะของเหลวและไอน้ำเกิดการแพร่จากภายในเมล็ดพืชออกไปยังผิวของเมล็ดพืช และถูกพาออกไปจากผิวของเมล็ดพืชโดยการพาอากาศร้อนได้เร็วกว่าการอบแห้งโดยใช้การพาอากาศร้อนเพียงอย่างเดียว ดังนั้นจึงทำให้การเกิด Moisture gradient ของเมล็ดพืชภายใต้ การอบแห้งโดยใช้การแผ่รังสีอินฟราเรดคลื่นสั้นร่วมกับการพาอากาศร้อนเกิดน้อยกว่าการอบแห้งโดยใช้การพาอากาศร้อนเพียงอย่างเดียว  สำหรับการถ่ายโอนความชื้นของเมล็ดพืชภายใต้การอบแห้งโดยใช้การพาอากาศร้อนอย่างเดียวนั้น จะเริ่มถ่ายโอนจากผิวของเมล็ดพืชก่อน  หลังจากนั้นความชื้นจากภายในเมล็ดพืชจะค่อยๆ แพร่ออกมายังผิวของเมล็ดพืชและถูกพาออกไปโดยการพาอากาศร้อน  จึงทำให้การลดความชื้นโดยการอบแห้งโดยใช้การพาอากาศร้อนอย่างเดียวช้ากว่าและเกิด Moisture gradient มากกว่าการอบแห้งโดยใช้การแผ่รังสีอินฟราเรดคลื่นสั้นร่วมกับการพาอากาศร้อน แต่การประยุกต์ใช้รังสีอินฟราเรดคลื่นสั้นร่วมกับการพาความร้อนสำหรับการอบแห้งเมล็ดพืชนั้นจะขึ้นอยู่กับความเหมาะสมของแต่ละวิธีการอบแห้ง เพราะเนื่องจากแต่ละวิธีการอบแห้งจะมีเงื่อนไขของการอบแห้งที่แตกต่างกัน นอกจากนี้การอบแห้งโดยใช้การแผ่รังสีอินฟราเรดคลื่นสั้นยังมีลักษณะเด่นที่สำคัญคือ มีประสิทธิภาพสูงในการถ่ายโอนความร้อนไปสู่เมล็ดพืชที่ถูกอบแห้ง จึงส่งผลทำให้ลดระยะเวลาของการอบแห้งและพลังงาน รวมทั้งยังมีลักษณะเด่นอื่นๆ อีก เช่น เป็นอุปกรณ์ขนาดเล็ก ใช้พื้นที่ติดตั้งน้อย และควบคุมง่าย  สำหรับแหล่งกำเนิดรังสีอินฟราเรดคลื่นสั้นที่ผลิตในทางอุตสาหกรรมจะทำมาจากทังสเตน (Tungsten) ที่มีลักษณะเป็นเส้นลวดเล็กๆ และล้อมรอบด้วยก๊าซฮาโลเจน (Halogen) อยู่ภายในหลอดใสที่ทำด้วยแร่ควอร์ตซ์ (Quartz)  ซึ่งสามารถป้องกันผลกระทบเนื่องจากการระบายความร้อน (Cooling effect) ของกระแสการพาอากาศร้อนที่มีความเร็วสูง (เช่น ความเร็วของอากาศอบแห้งในการอบแห้งเมล็ดพืชแบบฟลูอิไดซ์เบด) ต่อแหล่งกำเนิดรังสีอินฟราเรดคลื่นสั้นที่บริเวณผิวของไส้ทังสเตนได้ และทำให้แหล่งกำเนิดรังสีอินฟราเรดคลื่นสั้นยังคงมีประสิทธิภาพสูง ดังนั้นคณะผู้วิจัยจึงได้นำลักษณะเด่นของการแผ่รังสีอินฟราเรดคลื่นสั้นและการพาอากาศร้อนมาประยุกต์ใช้ร่วมกันในการอบแห้งเมล็ดพืชแบบฟลูอิไดซ์เบด เพื่อลดระยะเวลาของการอบแห้งและพลังงานลงโดยที่เมล็ดพืชที่ผ่านการอบแห้งยังมีคุณภาพดี