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報告者 : 邱偉豪 作者：鄭建明 碩士

散熱器對熱電致冷器冷卻性能影響探討 Effect of Heat Sink on Cooling Performance of Thermoelectric Coolers （ TEC ） Study. 報告者 : 邱偉豪 作者：鄭建明 碩士. 大綱. 研究目的 熱電元件之工作原理及應用 散熱理論與散熱器性能 熱導管操作原理 熱管與固態導熱體比較 實驗分析 實驗結果討論. 研究目的. 主要是利用熱電致冷器 (TEC) 來冷卻一固定冷凍空間 針對散熱器性能對 TEC 冷卻性能之影響進行實驗探討 運用簡單之數學預測模式驗證其適用性.

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報告者 : 邱偉豪 作者：鄭建明 碩士

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Presentation Transcript

  1. 散熱器對熱電致冷器冷卻性能影響探討Effect of Heat Sink on Cooling Performance ofThermoelectric Coolers（TEC）Study 報告者 : 邱偉豪 作者：鄭建明 碩士

  2. 大綱 • 研究目的 • 熱電元件之工作原理及應用 • 散熱理論與散熱器性能 • 熱導管操作原理 • 熱管與固態導熱體比較 • 實驗分析 • 實驗結果討論

  3. 研究目的 • 主要是利用熱電致冷器(TEC)來冷卻一固定冷凍空間 • 針對散熱器性能對TEC冷卻性能之影響進行實驗探討 • 運用簡單之數學預測模式驗證其適用性

  4. 熱電元件之工作原理及應用-1 • 一塊N型半導體和一塊P型半導體材料聯成電偶對 • 在這個電路中接通直流電流後，就能發生能量的轉移， • 電流由N型元件流向P型元件的接頭吸收熱量，成為冷端。 • 電流由P型元件流向N型元件的接頭釋放熱量，成為熱端。 • 吸收熱量和放出熱量的大小由電流大小來決定。

  5. 熱電元件之工作原理及應用-2 • 熱電材料應用的潛力： • a.要求低噪音的地方：如圖書館的冷氣 • b.要求攜帶方便的地方：如出外旅遊的小冰箱 • c.要求温度需要高精度控制的領域 • d. 一切小功率致冷的領域：如 CPU 的風扇 • e.要求快速冷熱交換的領域 • f.較無成本憂慮的地方:航空器或太空艙等

  6. 散熱理論 • 熱傳遞可分三種型態 :傳導、對流及輻射 • 增加熱傳遞速率 • 增加對流傳遞係數 • 增加表面積 --- 將流體加速 --- 連結散熱片

  7. 散熱器性能-1 • 散熱器係藉由增加有效熱傳面積來達到散熱效果 • 散熱器本身具有一傳導熱阻，因此，並不是使用散熱器便一定會增大熱傳導率

  8. 散熱器性能-2 • 定義為散熱器的散熱量與沒有散熱器時之散熱量的比值，即 • 在任何使用散熱器的設計中， 值應盡量大 • 為散熱量 • 為散熱效率 • 為熱對流係數 • 為鰭片面積 • 為散熱器溫度與週遭溫度差

  9. 散熱器性能-3 • 散熱器的性能也可以用熱阻抗加以量化 • 散熱器基部與周遭流體間的溫度差( )視為趨動位勢(Driving Potential) • 散熱器的阻抗可定義為

  10. 熱導管操作原理

  11. 熱管與固體導熱體比較 • 熱導管優點 • 熱導管的熱阻值很小 • 能在小溫差下有很大的傳熱能力 • 有相當大的均溫能力 • 熱導管缺點 • 結構比較複雜，使用時還需考慮其熱負荷和使用的溫度範圍 • 熱導管中的毛細力比較小，使用時受到方向限制

  12. 實驗分析 • 本實驗主要利用TEC 來冷卻一冷凍空間 • 在不同條件下量測冷凍空間內冷卻溫度，進而探討散熱器對熱電致冷器的性能影響。 • 改變條件 • 散熱器 • 熱阻大小 • 驅動電流大小

  13. 使用TEC之規格

  14. 實驗類型Ⅰ • 將熱電致冷器、鋁質散熱器(0.52℃/W)、電源供應器、溫度計、隔熱箱等組裝完成 • 測試時間為三小時 • a. 首先以DC12V/2A 供電，開始運轉。 • b. 每隔10 分鐘量測隔熱箱內溫度並紀錄。 • c. 改變供電電流為DC12V/3A，重複b 步驟。 • d. 改變供電電流為DC12V/4A，重複b 步驟。

  15. 實驗類型Ⅱ • 將熱電致冷器、銅質散熱器(0.44℃/W)、電源供應器、溫度計、隔熱箱等組裝完成 • 重複a、b、c、d 步驟

  16. 實驗類型Ⅲ • 將熱電致冷器、熱導管加鋁質散熱片散熱器 (0.14℃/W)、電源供應器、溫度計、隔熱箱等組裝完成 • 重複a、b、c、d 步驟

  17. 實驗結果討論 • 冷卻溫度高低確實與散熱器熱阻值高低有關 • 使用熱電致冷器時應注意防止水分滲入，防止結霜，以致影響熱傳遞 • 熱電致冷器的冷卻效率與操作電流大小息息相關，過大過小皆無法發揮其冷卻效率，一般約為熱電致冷器最大電流(Imax)的60~70%

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