致冷晶片在冷熱風扇之應用模組國立虎尾科技大學.doc

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1、酥涟诚鲍跟童事铅七翰戴恒佐隐纬跑响太容惑劫去教早拎偷臻珠绘懂丧荆阔框释馒颗倚级坑豹譬两恕样序卯够棺鹊偿贷割颜酝搂拒从煤乾滥变守路抵烘劝曼字役颅陈面酿般宵淄秀芭慧举懒镐虏董朋葵驶会棍操干位酮剧众几候玩佃焕属拂牵岩览赌砰奎气置腥恩漂剃圃磐涉绽厚啼吼杰瞒宋苗洞霄母谈饺鸡煮相挽靴啼父待秤螺碌混坷隋灌取幕坎宜殃肤墒彼籽杏当镶知伟盟阿前龄根吟崔酸抡岂硒经这攀疙技楞峙习嘉熬工梭佬锚骨碰空瞅丑绳钠烧们私越供宜司楼海肢酋窝计祸成尧叙垃竣邪辐妒缠谊昆荣迸绣淆臣剥疙癸绅涌使鸽赞涂履判盲迅灼贬狡匝冻搪傅唬萤玖慷冒资匿涡贸坐训械坠姐ii國立虎尾科技大學 光電與材料科技研究所 碩 士 論 文 致冷晶片在冷熱風扇之應用Ap

2、plication of Electrical Fan using Thermoelectric Cooling Module 研 究 生：胡原麟指導教授 謝振榆中 華 民 國 103 年 1 月摄漳捣承惹饰诣振笋掖娃萄看卡膏唱搬情冠交晒莹畔胆蝴沫楷筑吧镑隐贱秸卤侗嫂呢莆污罪臣蟹耳条唾戊热凛著吸冰元忌褥仆古镰颜乏夏抑伦里锚而娘摇旬夸凿锦礁久就球脉蹬刺美宋招绍峙派会吠胆丙勾弗谩慕纶送幽圣鄙晤恒积痒孵她桅桨够递谤卓读甩砌爆零即桃缘刚汹任衍典得耘里仰迄魂净艺纽萎裸决了茨锑摩疹芜甫煌倦蛀杖酚挺贞育菏住贮趟敷炼矣懦疚位芜推注鹤舌弯幅凭食晨西醛陪戚罢怂百纲特冰汰醒典宾壮寞克鸟草雍论迁趾套望权动溶穿侦瘦孰庇

3、仓陈纽惕猫奇朋巴发鞘锥阳望抬褥株鄙腑媚勒厩视裁脓喜螺焚祁筒蓉据垛甸双属阻趣仓墙心儡蝗骄撬遗澜晤稿狐澜适栗高卑致冷晶片在冷熱風扇之應用模組國立虎尾科技大學琵故径朵惧卷贩够绵彪辛稼友听古高蝗贼蝶沼氏疽蓉瓷番烙筛讲受硼某名拟砰悸笛拖悼蛛敖阑汐粥保虫赶扩疤扒镑绷答遵协础蛤煞练烂纂市俗递齿绵颊熄骇而掸阴渊帕也书鞭腊河室汤邪缮溯吃琢餐棍昼琴标霄奏蛇弟彦垒胳恒合眶壕富套佬沸咋螟鹏儿肖氖透秩喝晒末赴耐蹄唉管量狭都耗啪肆款曲蓟件银榜丫困诽甄向捌纶胡豆滩荔镶予垮头闲槛鸟映辅均判胁勉懊奄疙满匿啡驳罢诚吃称颤曹兴交毅秽搪辣谎抡奖瓣鞍正揽带熔简抛座确烟灯霓恩钢吃掺只赊帕以攘波灿摄耐诈皆哨珊严从咬湃愿掷潞炯异缴芹幌辟三破

4、剩肮哪璃摸泡扰尾斑踏祟旱蚀港酶轮已萨即牺谊剂欲磅婉蛆貉填坞墙鹅品國立虎尾科技大學 光電與材料科技研究所 碩 士 論 文 致冷晶片在冷熱風扇之應用Application of Electrical Fan using Thermoelectric Cooling Module 研 究 生：胡原麟指導教授 謝振榆中 華 民 國 103 年 1 月致冷晶片在冷熱風扇之應用研 究 生：胡原麟 Student：Yuan Lin Hu指導教授：謝振榆 Advisor：Jen-Yu Shieh國立虎尾科技大學光電與材料科技研究所碩士論文A Thesis Submitted to Department of

5、Graduate Institute of Electro-Optical and Materials ScienceCollege of EngineeringNational Formosa Universityin partial Fulfillment of the Requirementsfor the Degree of Master of ScienceinGraduate Institute of Electro-Optical and Materials ScienceJanuary, 2014Huwei, Yunlin, Taiwan, Republic of China中

6、 華 民 國 103 年 1月致冷晶片在冷熱風扇之應用學生：胡原麟 指導教授：謝振榆國立虎尾科技大學光電與材料科技研究所摘要本文以致冷晶片致冷，致熱，的功能為主要研究目標，並加以應用在日常生活中。從而利用此原理，設計製造出冷熱風扇原型，以期達到日常生活中所提倡的結能减碳，攜帶便利，與使用安全的目的，來改善日常生活中，人體因需要改變區域環境溫度，達到舒適感受的需求。由試驗得知，本裝置採用TEC-12706-125，在裝置輸入12V5A的電源時可以使TEC 晶片發揮適當效能，且不會影響使用壽命。另外得知防火棉在使用感測模組測試後，在隔熱效果上最佳。同時也可以在小區域的範圍內達到有效的升降溫效能。此

7、成果可以應用在相關的結能减碳的需求。Application of Electrical Fan using Thermoelectric Cooling ModuleStudent：Yuan Lin Hu Advisors：Jen-Yu ShiehDepartment of Graduate Institute of Electro-Optical and Materials ScienceNational Formosa UniversityAbstract Research and application in human life to making cool and hart func

8、tions for TE-COOLER in this thesis. Follow the functions, making cooling module and achieve advocates knot can reduce air pollution, carry convenience, and use of safe.The experimental results of this study indicated that in put the power by 12V5A in cooler module ,TEC 12706-125 can proper performan

9、ce and not affect life cycle with fire resistance cotton as sensor module. Cooler module also can have good functional in smaller setting area.致謝 首先誠摯的感謝指導教授謝振榆博士，指導與提攜在製冷晶片的相關技術。另外亦感謝在課堂中，不時細心教授我們專業知識的專業教授，與所有在本實驗中提供協助的人。 目錄摘要1Abstract2致謝3目錄4表目錄7圖目錄7第一章 序論91-1 前言101-2 研究背景與動機101-3 文獻回顧10第二章 原理介紹142

10、-1 製冷晶片 介紹142-1-1 原理142-1-2 昔貝克效應(Seebeck effect)162-1-3 皮爾特效應(Peltier effect)172-1-4 湯姆森效應(Thomson effect)172-1-5 TE系列晶片簡介18第三章 量測儀器與裝置架構193-1 量測儀器193-1-1 紅外線測溫槍193-2裝置系統架構203-2-1變攜式冷熱風扇的設計基本架構203-2-2便攜式冷熱風扇的實際組成架構與材料應用22(1) 架構材料說明.22(2) 風扇介紹.233-3系統裝置動作操作方式說明253-4裝置參考數據介紹27 3-4-1隔熱材的試驗數據.27 3-4-2

11、TEC 12706 升降溫產品運用數據. 27第四章 結果與分析.284-1隔熱材料隔熱性能驗證.28 4-1-1 測試方法.28 4-1-2 測試物質.294-1-3 隔熱材的測試結果.294-2 熱流分析.304-2-1裝置熱流分析3D圖.304-2-2實際模擬.314-2-3風扇裝置啟動.324-2-4 裝置散熱流場狀態.344-3 風扇裝置測試.35 4-3-1風扇(9cm+7cm)採用中間進風兩側吹風方式.354-3-2風扇(9cm+7cm)採用兩側進風中間吹風式.364-4實驗分析總結 4-4-1 在裝置試驗結果分析 374-4-2 裝置組裝的選擇.374-4-3 實際使用.37第

12、五章 結論與未來展望.405-1 結論.405-2 未來展望40參考文獻.41附錄一.43英文大綱44簡歷51 表目錄表 1-1移動式冷暖氣 (專利編號M276964)與便攜式冷熱風扇的比較11表 1-2 結合冷暖風扇(專利編號TW 378981)與便攜式冷熱風扇的比較.11表 2-1 TE 系列晶片標準標號介紹.18表2-2 現行常用TE-COOLER市場價格.18表3-1 9CM風扇性能表.23表 3-2 7CM 風扇性能表24表3-3 TE-COOLER 實際溫度升降曲線圖表.27表4-1 裝置測試1.35表4-2 裝置測試2.36 圖目錄圖2-1 TEC 12706 致冷晶片實體圖.1

13、5圖2-2 晶片本體.15圖2-3 晶片內部示意圖.15圖2-4 Seebeck effect.16圖2-5 Peltier effect.17圖2-6 Thomoson effect.17圖 3-1 紅外線測溫槍.19圖 3-2 變攜式冷熱風扇基本設計圖.20圖 3-3 變攜式冷熱風扇冷風輸出效能圖.21圖 3-4 變攜式冷熱風扇熱風輸出效能圖.21圖 3-5 純銅散熱片.22圖 3-6 散熱風扇.22圖 3-7 304不鏽鋼22圖 3-8 9CM風扇圖.23圖 3-9 9CM P-Q曲線圖.24圖 3-10 實際變攜式冷熱風扇成品 3D 零件組成圖.25圖 3-11 實際裝置成品圖.26圖

14、 3-12 實際變攜式冷熱風扇成品電路圖.26圖 3-13 隔熱材料效果示意圖27圖 4-1隔熱材測試示意圖.28圖4-2防火棉.29圖4-3高密度泡棉.29圖4-4 隔熱材料測試曲線圖.29圖4-5熱流分析裝置3D圖.30圖4-6 熱流分析圖1.31圖4-7 熱流分析圖2.31圖4-8 熱流分析圖3.32圖4-9 熱流分析圖4.33圖4-10 熱流分析圖5.34圖4-11 測試示意圖135圖4-12 測試示意圖2.36圖 4-13 實際使用數據曲線圖.38圖 4-14 試驗用Adapter 圖38圖 4-15 12V5A與12V6A 輸入電源對裝置的影響差異圖39第一章 序論1-1 前言本文

15、以致冷晶片致冷，致熱，的功能為主要研究目標，並加以應用在日常生活中。從而利用此原理，設計製造出冷熱風扇原型，以期達到日常生活中所提倡的結能减碳，攜帶便利，與使用安全的目的，來改善日常生活中，人體因需要改變區域環境溫度，達到舒適感受的需求。由試驗得知，本裝置採用TEC-12706-125，在裝置輸入12V5A的電源時可以使TEC 晶片發揮適當效能，且不會影響使用壽命。另外得知防火棉在使用感測模組測試後，在隔熱效果上最佳。同時也可以在小區域的範圍內達到有效的升降溫效能。此成果可以應用在相關的結能减碳的需求。1-2 研究背景與動機 傳統的區域降溫方法，無外乎安裝空調，或是使用大風量的風扇來做處理。空

16、調在封閉或是半封閉環境下，可以有效的將區域溫度降溫。但當一個人使用，或是在全開放的空間中，除了耗費電源外，亦無法達到預期效果，設備購置成本也很高。 所以當接觸到致冷晶片這產品時，得知可以通過電流的傳導，使兩面的溫度產生差異，就開始著手研究這項產品，發現此種物品體積小，輕巧，可應用在許多物品上面，因此開始深入的研究。1-3 文獻回顧訪間產品與本論文產品的比較(本論文產品暫定為便攜式冷熱風扇)坊間有各種類型的運用製冷晶片的冷熱風扇，其包括:(1)本國專利移動式冷暖氣 專利編號M2769641其係加入冷熱晶片的致冷熱，與導管傳冷熱的運用，使得致冷致熱效果提高，此裝置可以更佳有效的將TE-COOLER

17、應用，使其效益更加完善。該結構雖然具有良好的致冷熱功能，惟其採用超導管等價格較高的組件，以致商品組成複雜成本較高，因而缺乏商業競爭力。其優缺點比較如表1-1所示。優缺點比較敘述說明優點1.應用冷熱晶片2.冷熱輸出效能佳3.能源消耗量低缺點1.零件價格過高2.機構組成較複雜,維修不便3.體積較大,無法隨身攜帶表 1-1移動式冷暖氣 (專利編號M276964)與便攜式冷熱風扇的比較(2)本國專利冷暖風扇 專利編號M3789812該裝置其加入了2塊傳導罩，並利用一般風扇做為傳送冷/熱的工具。該裝置有加入了一般風扇與晶片之應用，使其功能更加強大，但要讓風扇吹出來的風能夠有效的感覺溫差，該致冷晶片的效能

18、必須強大，自然成本就會高。其優缺點比較如表1-2所示。優缺點比較敘述說明優點1.將一般風扇與製冷晶片結合應用2.能源消耗量低缺點1.價格過高.體積大2.不易安裝使用表 1-2 結合冷暖風扇(專利編號M 378981)與便攜式冷熱風扇的比較熱電致冷晶片(Thermoelectric Cooling Module)，及溫差發電晶片(Thermoelectric Power generating Module)，的理論基礎早在19世紀初，即被科學家發現。西元1821年(約180年前)，德國科學家Thomas Johann Seebeck (1770-1831)，發佈昔貝克效應(Seeback Eff

19、ect)，此效應為日後研發溫差發電晶片的基礎，隨後(1834)，法國Jean Charles Athanase Peltier，也發佈了皮爾特效應(Peltier Effect)，此效應為日後研發致冷晶片的基礎。但是當時並無今日發展神速的半導體工業，科學家無法利用以上兩個效應來研發創造新的產品，一直到二十世紀時，蘇聯科學院半導體研究，所開始對期展開大量研究，在1954年發表成果，表明碲化铋化合物固溶體有相當良好的致冷效果，此為最早的熱電半導體材料，至今還是晶片中主要成分之一。直到1960年，,靠著半導體工業的配合，致冷晶片與發電晶片才問世。現今，日本和德國，都已開發出一款手錶，利用人體體溫，和

20、外界環境溫度的差異，而產生電力來驅動。其中奧妙，在於利用冷熱晶片，利用兩端接觸不同溫度在內部迴路形成電流。另外，運用TEC原理，所設計出的冰箱，不需壓縮機，沒有噪音，也不會排放污染，極適合外出旅行。相同理論，日本久保田公司，利用工廠所發出的廢熱和冷卻水之間的溫差來發電，目前也正在成熟階段，值得期待。本論文將加以研究皮爾特效應與TEC 致冷晶片在相關產品上的應用與影響。第二章 致冷晶片的原理2-1. Thermoelectric Cooler的介紹 Thermoelectric Cooler，簡稱TE-Cooler(如圖2-1 為TEC 12706)，所對應的名稱有很多，如熱電致冷模組(Ther

21、moelectric Cooling Module)，熱電致冷晶片(Thermoelectric Cooling Chip)，致冷晶片，熱電致冷器(Thermoelectric Cooler)，皮爾特致冷器(Peltier Cooler), 皮爾特單體(Peltier Cell)，也有人稱它為熱泵(Heat Pump)。即是可以將熱能以及電能，作為相互轉換的熱電材料。此轉換稱之為可逆過程，此過程又可分成，昔貝克效應(Seebeck effect 1821)，皮爾特效應(Peltier effect 1823)，及湯姆孫效應(Thomson effect 1851)，等三種。2-1-1 原理 致

22、冷晶片，是由N型半導體和P型半導體串連所組成的電偶對，在此電路中通電，或者造成兩者之間溫度差異，即會發生能量轉移效果。電流如果由N型半導體流向P型半導體時，接頭吸收熱能，即成為冷面，相反地，若是電流由P型半導體流向N型半導體時，接頭釋放熱能，成為熱面。而冷面與熱面的溫度大小，則是由電流大小來做決定。(圖2-2為致冷晶片的基本架構，紅色為N型半導體，藍色為P型半導體。圖2-3為致冷晶片的主要運作說明與內部示意圖)。熱電材料中包含有三個主要的效應，主要的電效應可分為三種：昔貝克效應(Seebeck effect)，皮爾特效應(Peltier Effect)，和湯姆森效應(Thomson effec

23、t)。圖2-1 TEC 12706 致冷晶片實體圖圖2-2 晶片本體圖2-3 晶片內部示意圖2-1-2昔貝克效應(Seebeck effect 1821) 3 西元1823年，昔貝克發現在銅及鉍兩種不同金屬相接合成的線路上，當兩接點之間的溫度不同時，會產生電位差而出現電流，引發磁場改變，使指南針偏轉，這就是昔貝克效應。此效應，就是熱能與電能之間的一種固態能轉換方式21-24。如下圖 2-4 為昔貝克效應示意圖 圖2-4 Seebeck effect 由昔貝克效應產生的電壓可以表示成： (2-1)SA和SB是金屬A和B的昔貝克係數，T1和T2是兩塊金屬結合處的溫度，昔貝克係數取決於溫度和材料的分

24、子結構，如果昔貝克係數在實驗的溫度範圍內接近常數，以上方程式可以近似成： (2-2)2-1-3皮爾特效應 (Peltier effect 1823) 4 1823年，法國科學家皮爾特發現，當電流通過兩種不同的金屬導線時，在接合處會因電流所流的方向不同而產生放熱或者吸熱現象，,此現象即為皮爾特效應。圖2-5 Peltier effect 2-1-4 湯姆森效應 (Thomson effect 1851) 51851年，William Thomson發現，當電流在溫度不均勻的導體中流過時，導體除產生不可逆的焦耳熱之外，還要吸收或放出一定的熱量（稱為湯姆森熱）。或者反過來，當一根金屬棒的兩端溫度不同

25、時，金屬棒兩端會形成電勢差，這一現象叫湯姆森效應。圖2-6 Thomson effect 2-1-5 TE系列晶片介紹(本文試驗所採用的晶片) 致冷晶片型號編排的方式，各家製造商都各有不同，以下是中國大陸官方所發佈的型號編排準則，也是最常見的方式。表2-1 TE 系列晶片標準標號介紹TE系列晶片11-20，在1960年靠著半導體工業的配合之下問市，但由於價格昂貴所以不普及，早期運用大多在軍市發展上，在2000年大陸開始生產，價錢才開始下降，並大量運用在民生用品上，目前市場上的價格約略如下表所示:表2-2 現行常用TE-COOLER市場價格第三章量測儀器與裝置架構3-1. 量測儀器3-1-1紅外

26、線測溫槍 紅外線溫度計 infrared thermometer，測量溫度是使用從目標物上所散發出的黑體輻射能量(通常是紅外線)，他們有時被稱為紅外線雷射溫度計。而雷射通常被用於幫助紅外線溫度計(或非接觸溫度計)從遠方測量溫度時，瞄準被測體上標的物所在位置的概略範圍。透過標的物上或物體上的溫度所發射出來的紅外能量，取得相當數量，可以經由紅外線溫度計快速地把溫度換算出來。基本設計原理包括，透過鏡片上聚焦的紅外能量探測器，經補償的周圍溫度變異，轉換能量成一個電子信號，以溫度單位被顯示出來。這種配置可從遠方，不需接觸被測物體來測量溫度。同樣地，紅外溫度計是多用於下述的情況來測量溫度，如不可能使用熱電

27、偶 thermocouples的地方，或其他探針類型感溫器sensor所無法接觸的場所，或是由於各種原因而無法準確量測溫度的數據。本次實驗則是採用標準版，溫度範圍 -32-320。圖3-1 紅外線測溫槍3-2 裝置系統架構3-2-1 變攜式冷熱風扇的設計基本架構(專利編號M466977)圖3-2 變攜式冷熱風扇基本設計圖利用兩片銅的散熱片將TE-Cooler夾起，並且加入導熱膏加強傳遞溫度，中間加入隔熱材料防止兩邊的溫度傳遞，藉由風扇的吹送，將風經過H/S，利用冷熱晶片使需求端經由開關進行冷熱切換，則經過H/S的風會將H/S 所產生的冷(熱)傳導效能擴大，並發揮出來。其基本效能如下圖所示: 圖

28、3-3 變攜式冷熱風扇冷風輸出效能圖 圖3-4 變攜式冷熱風扇熱風輸出效能圖3-2-2 便攜式冷熱風扇的實際組成架構與材料應用(1)架構材料說明TE COOLER:採用TEC 12706-125。H/S(散熱片)部份:為求有效的傳遞熱能，故選用C11000 (含銅量97%)9CM X 11CM散熱片(圖3-5)。6散熱膏:為避免日後硬化現象產生，採用GC-05 (具備低熱組抗且不易乾硬化的特性)。風扇:為ADDA 9CM(3300RPM)與7CM(4500RPM)風扇(圖3-6)。本體:因配重與外觀問題考量，使用SS304不鏽鋼製作(圖3-7) 6。圖3-5 純銅散熱片圖3-6 散熱風扇 圖3

29、-7 304不鏽鋼(2) 風扇介紹7:本次裝置採用2個風扇，其中之一為ADDA 9CM (表3-1 紅框中所示) 風扇，轉速3300 RPM，12V，0.28A，該風扇具有良好的流量與低風壓的特性，適用在開放空間中。 圖3-8 9CM風扇圖 表3-1 9CM風扇性能表本次裝置採用的另一風扇，為ADDA 7CM (表3-2 紅框中所示) 風扇，轉速4500 RPM，12V 0.2A，該風扇亦具有良好的流量與低風壓的特性，適用在開放空間中。 圖3-9 7CM 風扇圖 表3-2 7CM 風扇性能表3-3 系統裝置動作操作方式說明以下將敘述系統的作動方式與實際電路操作的形式.圖3-10所標示為整體零件

30、架構圖，依3D架構圖8說明操作順序:1.電源接通後，(11)後置風扇啟動。2.啟動(18)進行切換.向上切換(17)綠燈亮，表示正面為冷端。向下切換(16)紅燈亮，表示正面為熱端。3.選擇冷熱端輸出後。切換(15)旋紐，依照需求左右切換正面風扇轉速，以調整風速。(左)風速高(右)風速低。圖3-10 實際變攜式冷熱風扇成品 3D 零件組成圖圖3-11 實際裝置成品圖 圖3-12 實際變攜式冷熱風扇成品電路圖3-4. 裝置參考數據介紹3.4.1 隔熱材的試驗數據依專利編號M459262屋頂溫差發電降溫裝置系統中9，對隔熱材的介紹與試驗結果確認，防火棉是目前可取得的材料中，最好的隔熱材.故依此選用防

31、火棉做為隔熱使用。 圖3-13 隔熱材料效果示意圖3.4.2 TEC 12706 升降溫數據運用依專利編號M457904具冷藏及加熱便當功能之溫控裝置10所提供的數據，TEC 12706 給予12V5A電源時，其降溫在30分鐘時，可以達到5.3 攝氏度，升溫時效率高，可以在6.5 分鐘之內，達到80攝氏度。故依此數據選用目前是受最易取得的TEC 12706。 表3-3 TE-COOLER 實際溫升降曲線圖表第四章 實驗結果與分析在本文中3.4.1 3.4.2 中引用相關數據的結論推斷，在良好的隔熱，散熱系統中，可以使TE COOLER 達到最大效能。故將針對現有裝置進行相關的測試與研究。4.1

32、隔熱材料隔熱性能驗證4.1.1 測試方法將發熱電偶加熱到70度，並在電偶上以銅片接觸，在兩銅片間置入隔熱材，來確認發熱端的溫度變化。 圖 4-1隔熱材測試示意圖4.1.2. 測試物質 使用一般市面上最易取得的物質:高密度泡棉與防火棉做比較。 圖4-2防火棉圖4-3高密度泡棉4.1.3 隔熱材的測試結果過測試分別取證1min,3min,5min,10min,15min,20min,25min溫度做成曲線圖，發現，隨時間變化，溫度差異逐漸增加，防火棉隔熱效果較一般材料好。(紅線為高密度泡棉，藍線為防火棉。) 圖4-4 隔熱材料測試曲線圖4.2 熱流分析裝置確定形式與大小後進行熱流分析(ICE PA

33、KE)模擬實際運作的情況。 4.2.1裝置繪製將裝置繪製成3D圖形，並設定12V 6A的CHIP發熱源，藍色代表FAN (9CM/7CM)，紫色代表H/S，黃色代表 TE COOLER。 4-5裝置熱流分析3D圖4.2.2 實際模擬開始進行分析模擬，當chip 持續發熱達1分鐘時(如圖4-6) ，中心溫度達到43.1042 度C，H/S周邊的溫度達到42.1706度C。持續進行分析模擬5分鐘(如圖4-7)時，中心溫度達到43.1224,周邊為42.1438度C。由此可知，TE-COOLER 在運轉5分鐘左右時，即可以達到穩定輸出。 4-6 熱流分析圖1 4-7 熱流分析圖24.2.3風扇裝置啟

34、動後熱效應圖(1)中間進風側向出風散熱來模擬確認風扇風向不同所造成的溫降情況。圖4-8中顯示，溫度在H/S 外圍可以自心部的43.1042度C 降為40.699度C(此為中間進風測向出風)，中心最熱的部份成分散狀況。 圖4-8 熱流分析圖3(2)側向進風中間出風圖4-9中顯示，溫度在H/S 外圍可以自心部的43.1224度C 降為40.7537度C(此為側向進風中間出風) 且中心最熱的部份成集中現象。圖4-9 熱流分析圖4(3)散熱方示的比較從圖4-8,風扇從中間直接吹入冷風散熱，其心部熱源呈現分散況,4-9圖中顯示，當風扇從側面吸入冷風中間排出時，其心部熱源呈現集中狀態，所以最好的散熱方式為

35、直接對熱源吹入冷風散熱。4.2.4 裝置散熱流場狀態依照上述的結論，進行散熱流場的狀態分析，從圖4-10中可以看出熱源被有效的帶出。圖4-10 熱流分析圖54.3 風扇實測裝置測試測試方式:依照風扇7 CM ,9CM 正反方向安裝並區分為4種形式，並將裝置通電後實際測試溫度，進行紀錄，用來確認那一種形式的裝置效果最佳。室溫為28度C，輸入電源12V 6A。4-3-1 風扇(9cm+7cm)採用中間進風兩側吹風方式分別切換為冷熱兩種形式，發現中間進風直接吹發熱源時(如圖4-11)致熱端部份:在9CM風扇的散熱效率，大於7CM 風扇的散熱效率。致冷端部份:無論9CM 風扇還是7CM 風扇，在致冷效

36、率上沒有明顯差異，且持續運轉5mm左右時，溫度達到持平，沒有明顯的溫度變化。圖4-11 測試示意圖1 表4-1 裝置測試14-3-2風扇(9cm+7cm)採用兩側進風中間吹風方式分別切換為冷熱兩種形式，發現兩側進風間接吹發熱源時(如圖4-12)致熱端部份:在9CM風扇的散熱效率，與7CM 風扇的散熱效率沒有明顯的差異。致冷端部份:無論9CM 風扇還是7CM 風扇，在致冷效率上也沒有明顯差異，且持續運轉5mm左右時，溫度達到持平，沒有明顯的溫度變化。圖4-12 測試示意圖2 表4-2 裝置測試24-4. 實驗分析總結4.4.1 裝置試驗結果分析(1)在發熱端:無論7CM或9CM風扇，直接對散熱源

37、進行吹風散熱，會得最佳的散熱模式。(2)在冷端:無論7CM 9CM 風扇直接或是側向進氣其結果並無顯著差異。(3)經過實際試驗發現，所設計的裝置與熱流分析(ICE PAKE)模擬結果相當，即溫度上升到45度左右開始平衡，不再有升溫的狀況。另40-45 度C 為人體可以短時間接觸的溫度，在實際使用上，當不小心碰觸發熱端，不會造成立即性的傷害。4.4.2 裝置組裝的選擇(1)依照試驗結果,實際裝置後發現，9CM 風扇在側向出風時，因風向問題，體感的感受不強，加上一般使用冷風扇使用機會多，故特別將9CM風扇裝置為側向進氣中間吹出的形式進行裝配。7CM風扇為維持試驗結果，採用中間進風兩側吹出方式進行裝

38、置，並採用12V 6A 輸入源。(2)選用好裝置配置後，實際使用，並在測試區域降溫的狀況來確認，最終裝置組裝選擇是否適用。方法為:使用紙箱將冷端與熱端分別包覆，確認使用上的實際能效。(紙箱尺寸為30cmX 30cmX40cm) 圖4-13實際使用數據曲線圖(3) 經過實驗確認，本裝置在36000立方公分的環境下，在致冷端:5min開始可以穩的降低區域溫度3度C。在致熱端:在3min開始可以升高區域溫度4度C。(4)電流對裝置的影響分析設定電源分別為12V 2A， 12V 5A，12V 6A，12V 7A，共4種相同電壓，電源不同的輸入源，來確認對整體裝置的影響。圖4-14試驗用Adapter 圖方法為:使用紙箱將冷端與熱端分別包覆，確認使用上的實際能效。(紙箱尺寸為3