เทคโนโลยีของในหลวง

กังหันชัยพัฒนา
กังหันชัยพัฒนาเป็นสิ่งประดิษฐ์เพื่อบำบัดน้ำเสียด้วยวิธีการเติมอากาศ กังหันชัยพัฒนาเป็นกังหันบำบัดน้ำเสีย “สิทธิบัตรในพระปรมาภิไธย” เพื่อพัฒนาแหล่งน้ำแก่ปวงชน ทำงานโดยการหมุนปั่น เพื่อเติมอากาศให้น้ำเสียกลายเป็นน้ำดี สามารถประยุกต์ใช้บำบัดน้ำเสีย จากการอุปโภคของประชาชนน้ำเสียจากโรงงานอุตสาหกรรม รวมทั้งเพิ่มออกซิเจน ให้กับบ่อเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำทางการเกษตร ส่วนประกอบ กังหันชัยพัฒนาเป็นเครื่องกลเติมอากาศที่ผิวน้ำหมุนช้าแบบทุ่นลอย (สามารถลอยขึ้นลงได้เองตามระดับน้ำ) ประกอบด้วยซองวิดน้ำ มีใบพัดที่ออกแบบเป็น ซองตักน้ำรูปสี่เหลี่ยมคางหมูจำนวน 6 ซองแต่ละซองจะถูกแบ่งออกเป็น 3 ห้องเท่าๆ กัน ทั้งหมดถูกติดตั้งบนโครงเหล็ก 12 โครงใน 2 ด้าน มีศูนย์กลางของกังหันที่เรียกว่า "เพลากังหัน" ซึ่งวางตัวอยู่บนตุ๊กตารองรับเพลาที่ติดตั้งอยู่บนทุ่นลอย และมีระบบขับส่งกำลังด้วยเฟืองจานขนาดใหญ่ ใช้มอเตอร์ไฟฟ้าขนาด 2 แรงม้า สำหรับขับเคลื่อนซองน้ำให้หมุนรอบเป็นวงกลมอยู่บนโครงเหล็กที่ยึดทุ่นทั้ง 2 ด้านเข้าไว้ด้วยกัน ด้านล่างของกังหันในส่วนที่จมน้ำ จะมีแผ่นไฮโดรฟอยล์ยึดปลายของทุ่นลอยด้านล่าง การทำงาน ตามทฤษฎีเครื่องกลเติมอากาศ นับว่าการเติมอากาศหรือออกซิเจนเป็นหัวใจของระบบบำบัดน้ำเสียเพราะถ้ามีออกซิเจนอยู่มาก จุลินทรีย์ก็สามารถบำบัดน้ำได้ดี และบำบัดน้ำเสียได้มากขึ้น แต่ที่ความดันบรรยากาศซึ่งเป็นความดันที่ค่อนข้างต่ำสำหรับออกซิเจนในการละลายน้ำ จึงต้องมีการเพิ่มพื้นที่สัมผัส ระหว่างอากาศกับน้ำให้ได้มากที่สุด กังหันชัยพัฒนาเป็นกังหันน้ำที่มีโครงเป็นรูปเหลี่ยมบนทุ่นลอย และมีซองตักวิดน้ำซึ่งเจาะเป็นรูพรุน เราจึงเห็นสายน้ำพรั่งพรูจากซองวิดน้ำขณะที่กังหันหมุนวนเวียนซ้ำแล้วซ้ำเล่า ใช้หลักการวิดน้ำขึ้นไปสาดกระจายให้เป็นฝอยในอากาศ ทำให้น้ำสัมผัสกับอากาศได้อย่างทั่วถึง ส่งผลให้ปริมาณออกซิเจนในอากาศสามารถละลายผสมผสานเข้าไปในน้ำได้อย่างรวดเร็ว ทุกครั้งที่น้ำถูกตักขึ้นมา ออกซิเจนในอากาศจะละลายในน้ำได้ดีขึ้น เพราะพื้นที่ในการทำปฏิกิริยามีมากกว่าเดิมทำให้น้ำเสีย ซึ่งเป็นปัญหาของแหล่งน้ำในหลายพื้นที่มีคุณภาพที่ดีขึ้น การเพิ่มออกซิเจนให้กับน้ำจะช่วยให้จุลินทรีย์ย่อยสลาย สิ่งสกปรกในน้ำเสียได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งเป็นกระบวนการทางชีวภาพที่ใช้ในการบำบัดน้ำเสีย ที่ได้รับความนิยมอย่างมาก เพราะเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพและใช้ค่าใช้จ่ายในการบำบัดน้ำเสียน้อย และแหล่งน้ำเสียที่กระจายไปตามแหล่งต่างๆ จึงทำให้ยากแก่การรวบรวมน้ำเสีย เพื่อนำไปบำบัดในโรงบำบัดน้ำเสียและต้องเสียค่าใช้จ่ายสูง การประยุกต์ใช้งานสามารถใช้ประโยชน์เพื่อเติมอากาศให้กับน้ำหรือใช้เพื่อขับเคลื่อนน้ำได้ โดยการใช้งานทั้งในรูปแบบที่ติดตั้งอยู่กับที่ และใช้ในรูปแบบ เคลื่อนที่ เพื่อเติมอากาศให้กับแหล่งน้ำขนาดใหญ่ หรือตามคลองส่งน้ำที่มีความยาวมาก ซึ่งดัดแปลงได้ด้วยการใช้พลังงานจากเครื่องยนต์ของกังหัน จุดเริ่มต้นของกังหันน้ำชัยพัฒนา กังหันน้ำชัยพัฒนาสร้างขึ้น เพื่อการแก้มลพิษทางน้ำซึ่งทวีความรุนแรงมากขึ้นในหลายพื้นที่ วิวัฒนาการของกังหันน้ำชัยพัฒนานั้นเริ่มจากการสร้างต้นแบบได้ครั้งแรกในปี 2532 แล้วนำไปติดตั้งยังพื้นที่ทดลองเพื่อแก้ปัญหาไปพร้อมๆ กัน ทั้งนี้ พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวได้มีพระราชดำริให้มูลนิธิชัยพัฒนาดำเนินการวิจัยและพัฒนากังหันน้ำ ซึ่งโครงสร้างและส่วนประกอบในส่วนที่เป็นปัญหาได้รับการแก้ไขมาโดยตลอดนับแต่มีการสร้างเครื่องต้นแบบ ในด้านโครงสร้างนั้นได้พัฒนาให้กังหันน้ำหมุนด้วยความเร็ว 1,450 รอบต่อนาที โดยที่ซองตักน้ำหมุนด้วยความเร็ว 5 รอบต่อนาที ขับด้วยมอเตอร์ขนาด 2 แรงม้า และมีการปรับปรุงโครงสร้างในรูปแบบต่างๆ เช่น ออกแบบตัวเครื่องให้สามารถ ขับเคลื่อนด้วยคนเพื่อใช้ในแหล่งน้ำที่ไฟฟ้ายังเข้าไปไม่ถึง เป็นต้น ด้านประสิทธิภาพสามารถถ่ายเทออกซิเจนลงน้ำได้ 0.9 กิโลกรัมต่อแรงม้า-ชั่วโมง และมีการพัฒนาให้ถ่ายเทออกซิเจนได้ 1.2 กิโลกรัมต่อแรงม้า-ชั่วโมง สิทธิบัตรการประดิษฐ์ กังหันน้ำชัยพัฒนาได้รับสิทธิบัตรจากกรมทรัพย์สินทางปัญญา เมื่อวันที่ 2 ก.พ.2536 หลังจากเลขาธิการมูลนิธิชัยพัฒนา ซึ่งเป็นหน่วยงานหลักที่สนองพระราชดำริในการพัฒนากังหันน้ำ ได้รับพระราชทานพระบรมราชานุญาตให้ยื่นขอรับสิทธิบัตรเมื่อวันที่ 2 มิ.ย.2535 จึงนับว่าเป็นสิทธิบัตรในพระปรมาภิไธย ของพระมหากษัตริย์พระองค์แรกของไทยและครั้งแรกของโลก และถือว่าวันที่ 2 ก.พ.ของทุกปีเป็น “วันนักประดิษฐ์” นับแต่นั้นเป็นต้นมา นอกจากนี้ “กังหันชัยพัฒนา” ยังได้รับรางวัลเหรียญทองจาก The Belgian Chamber of Inventor องค์กรทางด้านนวัตกรรมที่เก่าแก่ของเบลเยียม ภายในงาน “Brussels Eureka 2000” ซึ่งเป็นงานแสดงสิ่งประดิษฐ์ใหม่ของโลกวิทยาศาสตร์ ณ กรุงบรัสเซลส์ ประเทศเบลเยียม “กังหันน้ำชัยพัฒนา” คือสิ่งประดิษฐ์ซึ่งเกิดจากพระปรีชาสามารถและพระราชดำริของพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว
กรรมวิธีการทำฝนเทียม
การทำฝนเทียมในเขตอบอุ่นซึ่งมีเมฆที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส
การทำฝนเทียมแบบนี้เรียกอีกอย่างหนึ่งว่าการทำฝนเมฆเย็น จะทำเมื่อยอดเมฆสูงเฉลี่ย 21,500 ฟุต หรือประมาณอุณหภูมิต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส เป็นเมฆคิวมูลัส จะเกิดเฉพาะช่วงต้นและปลายฤดูฝน การทำฝนเทียมในเมฆ หว่านด้วยเม็ดน้ำแข็งแห้งเล็ก ๆ หรือ ซิลเวอร์ไอโอไดด์ จะก่อให้เกิดปฏิกิริยาที่เร่งเร้าให้เม็ดน้ำ สถานะจากของเหลวเป็นผลึกหรือเกล็ดน้ำแข็งทันทีแล้วคายความร้อนแฝงออกมา พลังงานความร้อนดังกล่าวทำให้มวลอากาศลอยตัวขึ้นเบื้องบนมีผลทำให้เกิดแรงดึงดูดให้ฐานเมฆ ซึ่งจะดูดเอาความชื้นเข้ามาหล่อเลี้ยงทำให้ก้อนเมฆเจริญเติบโตและขณะเดียวกันแรงยกตัวจะหอบเอาเกล็ดน้ำแข็งเล็ก ๆ ขึ้นไปข้างบนทำให้เกล็ดน้ำแข็งเหล่านี้มีขนาดใหญ่ขึ้นพอมีน้ำหนักมาก พยุงไว้ได้ก็ตกลงมา จนผ่านชั้นอากาศที่อุณหภูมิสูงขึ้นเรื่อยๆ ก้อนน้ำแข็งก็จะละลายเป็นน้ำฝน
การทำฝนเทียมในเขตร้อนซึ่งมีอุณหภูมิสูงกว่า 0 องศาเซลเซียส
การทำฝนเทียมแบบนี้เรียกอีกอย่างหนึ่งว่าการทำฝนเมฆอุ่น มีลักษณะของเมฆก่อตัวขึ้นเป็นแนวตั้งฉากเป็นเมฆคิวมูลัส สังเกตุได้จากกลุ่มเมฆจะมีลักษณะฐานเมฆสีดำ ก้อนเมฆก่อตัวขึ้นคล้ายดอกกระหล่ำปลีอยู่ที่ระดับความสูงของฐานเมฆ มีอุณหภูมิภายในก้อนเมฆสูงกว่า 0 องศาเซลเซียส การทำฝนเทียมในเมฆชนิดนี้จะใช้สารเคมีเพื่อกระตุ้นให้เกิดกระบวนการของเม็ดเมฆขนาดต่าง ๆ
ขั้นตอนการทำฝนเทียม
การทำฝนเทียมประกอบด้วย 3 ขั้นตอน ดังนี้
ขั้นที่ 1 ก่อกวน (Triggering) เป็นการดัดแปรสภาพอากาศด้วยการก่อกวนสมดุลย์ หรือเสถียรภาพของมวลอากาศ การโปรยสารเคมีประเภทคายความร้อน ในท้องฟ้าที่ระดับใกล้เคียงกับระดับกลั่นตัว ซึ่งเป็นระดับของฐานเมฆในแต่ละวัน และโปรยสารเคมี ที่ระดับสูงกว่า 2,000-3,000 ฟุต ทั้งนี้เพื่อช่วยให้เกิดเมฆเร็วขึ้นและปริมาณมากกว่า โดยเริ่มก่อกวนในช่วงเวลาเช้าทางด้านเหนือลมของพื้นที่ เป้าหมายหวังผลที่วางแผนกำหนดไว้ในแต่ละวัน
ขั้นที่ 2 เลี้ยงให้อ้วน (Fatten) เป็นการดัดแปรสภาพอากาศและก้อนเมฆด้วยการกระตุ้นหรือเร่งการเจริญเติบโตของก้อนเมฆที่ก่อตัวแล้ว ให้มีขนาดใหญ่ และยอดเมฆให้ขนาดหยดน้ำใหญ่ขึ้น และปริมาณน้ำในก้อนเมฆมากขึ้น และหนาแน่นเกินกว่าที่จะปล่อยให้เจริญเองตามธรรมชาติ โปรยสารเคมีประเภทที่เมื่อดูดซับความชื้นแล้วทำให้อุณหภูมิลดต่ำลงที่ระดับฐานเมฆหรือยอดเมฆโดยบินโปรยสารเคมีหรือโปรยรอบๆ และระหว่างช่องว่างของก้อนเมฆทางด้านเหนือลมให้กระแสลมพัดพาสารเคมีเข้าสู่ก้อนเมฆ หรือโปรยสารความร้อนสลับสารเคมีประเภทคายความเย็นในอัตราส่วน 1:4 ทับยอดเมฆทั่วบริเวณที่มีความหนา 2,000-3,000 ฟุต ในบริเวณกว้าง หรือที่บริเวณพื้นที่ใต้ลมของบริเวณที่เริ่มต้นก่อกวน ทั้งนี้สุดแล้วแต่สภาพของเครื่องบิน ภูมิประเทศ อำนวยให้
ขั้นที่ 3 โจมตี (Attack) เป็นการดัดแปรสภาพอากาศในก้อนเมฆโดยตรงหรือบริเวณใต้ฐานเมฆ หรือบริเวณที่ต้องการ ชักนำเมฆฝนที่ตกอยู่ที่ที่ต้องการ เป็นการบังคับหรือเหนี่ยวนำให้เมฆที่แก่ตัวจัดแล้วตกเป็นฝนลงสู่พื้นที่เป้าหมายหวังผลที่วางแผนกำหนดไว้ โดยโปรยสารเคมีประเภทดูดความร้อนเข้าไปโดยตรงที่ฐานเมฆ หรือยอดเมฆ หรือที่ระดับระหว่างฐานเมฆและยอดเมฆ ใช้เครื่องบิน 2 เครื่องโปรยพร้อมกันแบบแซนด์วิช เครื่องหนึ่งโปรยที่ฐานเมฆด้านใต้ลม อีกเครื่องโปรยที่ขอบเมฆที่ระดับยอดเมฆหรือไหล่เมฆ เครื่องบินทั้งสองทำมุมเยื้องกัน 45 องศา หรือโปรยสารเคมีประเภทดูดความร้อนที่ระดับไม่น้อยกว่า 1,000 ฟุต หรือสร้างจุดเย็นด้วยสารเคมีประเภทดูดความร้อนเป็นบริเวณแคบในบริเวณพื้นที่ เป้าหมายหวังผลที่กำลังตกอยู่เคลื่อนเข้าสู่บริเวณที่ต้องการนั้น