ศาสตราจารย์ ดร.สมชาย วงศ์วิเศษ หัวหน้ากลุ่มวิจัย Fluid Mechanics, Thermal Engineering and Multiphase Flow Research Lab. (FUTURE) ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) 

คงปฏิเสธไม่ได้ว่าความก้าวหน้าของสังคมทุกวันนี้ล้วนเป็นผลมาจากเทคโนโลยีที่เกิดจากการวิจัยและพัฒนาอย่างทุ่มเทของเหล่านักวิจัย ซึ่งที่ผ่านมามีหลายหน่วยงานให้ความสำคัญและให้การสนับสนุนทุนเพื่อการวิจัยและพัฒนามาโดยตลอด

ในแต่ละปี ประเทศไทยมีเงินทุนหมุนเวียนเพื่อการวิจัยและพัฒนาทั้งจากแหล่งทุนภายในและจากต่างประเทศจำนวนมาก แต่ถ้ากล่าวถึงทุนกลุ่มวิจัยในประเทศแล้ว คนในวงการวิจัยคงรู้ดีว่า “ทุนนักวิจัยแกนนำ”ของสำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) เป็นทุนที่มีอัตราการแข่งขันสูงมาก  

โดยในปี 2556 ศาสตราจารย์ ดร.สมชาย วงศ์วิเศษ หัวหน้ากลุ่มวิจัย Fluid Mechanics, Thermal Engineering and Multiphase Flow Research Lab. (FUTURE) ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) ได้มีโอกาสเป็นหนึ่งในสองนักวิจัยที่ได้รับทุนนักวิจัยแกนนำ ประจำปี 2556 จำนวน 20 ล้านบาท ภายใต้หัวข้อวิจัย “โครงการการเพิ่มการถ่ายเทความร้อนเชิงนวัตกรรมสำหรับอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนในอนาคต” โดยได้เข้ารับพระราชทานทุนและเกียรติบัตรจากสมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี เมื่อต้นปี 2557 ที่ผ่านมา

ศ.ดร.สมชาย กล่าวว่า เป้าหมายของการให้ทุนวิจัยนี้คือผู้รับทุนจะต้องใช้เวลา 5 ปี เพื่อการผลิตผลงานวิจัยที่มีคุณภาพและสามารถนำไปสู่การใช้งานได้จริงในอุตสาหกรรม รวมถึงการผลิตคนที่มีคุณภาพออกสู่สังคมควบคู่ไปพร้อมกัน

สำหรับโครงการวิจัยนี้ ศ.ดร.สมชาย เผยว่า ตนมุ่งเน้นที่จะพัฒนาเพื่อการเพิ่มปริมาณการถ่ายเทความร้อน (Heat Transfer Enhancement) โดยอาศัยแนวความคิดการออกแบบอย่างชาญฉลาด (Smart Design) เมื่อได้ยินคำว่าการถ่ายเทความร้อนหลายคนฟังดูแล้วเหมือนเรื่องไกลตัว หรืออาจคิดว่าเกี่ยวข้องเฉพาะภาคอุตสาหกรรมเท่านั้น  แต่ที่จริงเป็นเรื่องที่วนเวียนอยู่ในชีวิตประจำวันของทุกๆ คน ตั้งแต่ตื่นนอน ทำอาหาร อาบน้ำอุ่น ต้มน้ำชงกาแฟ เปิดเครื่องปรับอากาศ ขับรถไปทำงาน ทุกสิ่งทุกอย่างล้วนเกี่ยวข้องกับการถ่ายเทความร้อนด้วยกันทั้งสิ้น

การถ่ายเทความร้อนทั้งหมดสามารถทำได้โดยการใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า "อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน" (Heat Exchanger) หากอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนถูกออกแบบมาอย่างไม่เหมาะสม ก็จะส่งผลให้การถ่ายเทความร้อนไม่ดี ผลที่ตามมาคือการใช้พลังงานสูงขึ้น สิ้นเปลืองพลังงานโดยไม่จำเป็น

อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนที่ดีนั้นต้องมีคุณสมบัติที่ดีทั้งในเชิงการถ่ายเทความร้อนและในเชิงกลศาสตร์ของไหล ดังนั้น ในการออกแบบลักษณะของอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนจึงมีความสำคัญและเป็นเรื่องซับซ้อนที่สามารถวิจัยและพัฒนาต่อไปได้อย่างต่อเนื่อง และสิ่งที่สำคัญไม่แพ้กันคือการเลือกใช้ของไหลทำงาน (Working Fluid) และการเลือกวัสดุให้เหมาะกับของไหลทำงานนั้นๆ

จุดประสงค์หลักๆ ของการพัฒนาอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนจริงๆ ก็คือ เพื่อให้ได้มาซึ่งการประหยัดพลังงาน หรือการใช้พลังงานอย่างคุ้มค่า ตัวอย่างที่เข้าใจได้ง่ายๆ เช่น การแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อนำความร้อนทิ้งกลับมาใช้ (Waste Heat Recovery) ในโรงงานอุตสาหกรรม อาจมีการปล่อยแก๊สเสียอุณหภูมิหลายร้อยองศาออกสู่อากาศทุกวัน ในเชิงระบบนิเวศน์นั่นคือการทำลายสิ่งแวดล้อม ในเชิงพลังงานคือการทิ้งสิ่งของมีค่าให้สลายไปในอากาศ หากเรานำอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน ซึ่งเราเรียกว่า "อีโคโนไมเซอร์" (Economizer) ที่เหมาะสมไปติดตั้งบริเวณที่มีการปล่อยแก๊สเสีย ก่อนที่แก๊สเสียจะถูกปล่อยทิ้งสู่อากาศ แก๊สนี้ก็จะถ่ายเทความร้อนสู่ของไหลอีกตัวที่เราต้องการทำอุณหภูมิให้สูงขึ้น เพื่อการนำไปประยุกต์ใช้งานอื่นๆ ต่อไป

อีกหนึ่งตัวอย่างที่ใกล้ตัวมาก ได้แก่ การปรับปรุงเพิ่มประสิทธิภาพ "คอนเดนเซอร์" (Condenser) และ "อีวาโปเรเตอร์" (Evaporator) ซึ่งถือเป็นอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนประเภทหนึ่งที่ใช้ในเครื่องปรับอากาศ (Air Conditioner) หรือเครื่องทำความเย็น (Refrigerator) หากอุปกรณ์ทั้งสองมีการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างสารทำความเย็นกับอากาศดี ก็จะส่งผลให้สมรรถนะของเครื่องสูงขึ้นด้วย ซึ่งถ้าเราสามารถออกแบบให้สมรรถนะของเครื่องปรับอากาศสูงขึ้นได้ ในภาพรวมของทั้งประเทศเราก็จะสามารถลดค่าใช้จ่ายด้านพลังงานไฟฟ้าได้จำนวนมาก

"หลักๆ ของงานวิจัยคือ การค้นหาองค์ความรู้ใหม่ การคำนวณ ออกแบบ ทดสอบ วิเคราะห์ และเผยแพร่ ถ้าหากเป็นขั้นตอนของการผลิตชิ้นงานที่ซับซ้อน เราจะอาศัยความร่วมมือจากภาคอุตสาหกรรม ซึ่งขณะนี้มีหลายบริษัทให้ความร่วมมือ ความร่วมมือกับบริษัทต่างๆ นั้นไม่ใช่เพื่อการทำธุรกิจ แต่เป็นไปในลักษณะผู้ร่วมวิจัยกลุ่มวิจัย ยังมีงานวิจัยอีกหลายเรื่องที่ศึกษาและพัฒนามาอย่างต่อเนื่อง เช่น การสร้างอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนที่ใช้ท่อขนาดเล็กมาก (Micro Channel Heat Exchanger) เพื่อการระบายความร้อนในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งผลิตฟลักซ์ความร้อนในปริมาณที่สูงมาก หรือการพยายามในการหาสารทำงานใหม่ๆ ที่จะทำให้ประสิทธิผลของอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนสูงขึ้น เช่น การใช้ Nano Fluids หรือสารทำความเย็นใหม่ๆ ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม" ศ.ดร.สมชาย กล่าว