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.

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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 of Thermoelectric 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
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 熱導管缺點 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
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
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 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%
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%