散热器对热电致冷器冷却性能影响探讨.ppt

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1大綱l研究目的l熱電元件之工作原理及應用l散熱理論與散熱器性能l熱導管操作原理l熱管與固態導熱體比較l實驗分析l實驗結果討論2研究目的l主要是利用熱電致冷器(TEC)來冷卻一固定冷凍空間l針對散熱器性能對TEC冷卻性能之影響進行實驗探討l運用簡單之數學預測模式驗證其適用性3熱電元件之工作原理及應用-1l一塊N型半導體和一塊P型半導體材料聯成電偶對l在這個電路中接通直流電流後，就能發生能量的轉移，l電流由N型元件流向P型元件的接頭吸收熱量，成為冷端l電流由P型元件流向N型元件的接頭釋放熱量，成為熱端l吸收熱量和放出熱量的大小由電流大小來決定 4熱電元件之工作原理及應用-2l熱電材料應用的潛力：la.要求低噪音的地方：如圖書館的冷氣lb.要求攜帶方便的地方：如出外旅遊的小冰箱lc.要求温度需要高精度控制的領域ld. 一切小功率致冷的領域：如 CPU 的風扇le.要求快速冷熱交換的領域lf.較無成本憂慮的地方:航空器或太空艙等5散熱理論l熱傳遞可分三種型態 :傳導、對流及輻射l增加熱傳遞速率l增加對流傳遞係數l增加表面積--- 將流體加速--- 連結散熱片6散熱器性能-1l散熱器係藉由增加有效熱傳面積來達到散熱效果l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7散熱器性能-2l 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l在任何使用散熱器的設計中， 值應盡量大l 為散熱量 l 為散熱效率l 為熱對流係數l 為鰭片面積l 為散熱器溫度與週遭溫度差8散熱器性能-3l散熱器的性能也可以用熱阻抗加以量化l散熱器基部與周遭流體間的溫度差( )視為趨動位勢 (Driving Potential)l散熱器的阻抗可定義為9熱導管操作原理10熱管與固體導熱體比較l熱導管優點l熱導管的熱阻值很小l能在小溫差下有很大的傳熱能力l有相當大的均溫能力l熱導管缺點l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l熱導管中的毛細力比較小，使用時受到方向限制11實驗分析l本實驗主要利用TEC 來冷卻一冷凍空間l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。

l改變條件l散熱器l熱阻大小l驅動電流大小12使用TEC之規格13實驗類型Ⅰl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l測試時間為三小時la. 首先以DC12V/2A 供電，開始運轉lb. 每隔10 分鐘量測隔熱箱內溫度並紀錄lc. 改變供電電流為DC12V/3A，重複b 步驟ld. 改變供電電流為DC12V/4A，重複b 步驟14實驗類型Ⅱl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l重複a、b、c、d 步驟15實驗類型Ⅲl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l重複a、b、c、d 步驟16實驗結果討論l冷卻溫度高低確實與散熱器熱阻值高低有關l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l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%17。