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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:莊傳發
研究生(外文):Chuang,Chuan-Fa
論文名稱:綠能互動科學玩具之設計研究- 以氫能質子交換膜燃料電池模組於樂高科技積木為例
論文名稱(外文):A Design Study of Green Energy Interactive Science Toy-Take a Hydrogen PEMFC Module on LEGO TECHNIC for Example
指導教授:巴白山巴白山引用關係
指導教授(外文):Pa,Pai-Shan
口試委員:陳圳卿修芳仲
口試委員(外文):Chen,Chun-ChingShiou,Fang-Jung
口試日期:2012-06-29
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北教育大學
系所名稱:數位科技設計學系(含玩具與遊戲設計碩士班)
學門:電算機學門
學類:軟體發展學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:124
中文關鍵詞:綠色能源氫能質子交換膜燃料電池樂高積木互動科學玩具
外文關鍵詞:Green EnergyHydrogen EnergyHydrogen-Fueled Proton Exchange Membrane Fuel CellLEGO BlocksInteractive Science Toy
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人們自工業革命以來,為了追求科技與工業快速發展,對於石化能源的需求不斷的增加,過度依賴石化原料,造成環境汙染與能源耗竭等問題,衝擊到人們的經濟發展與生活與地球生態上的危機,為了解決與面對這些問題與危機,尋找「綠色能源」的開發逐漸受到重視與推廣。燃料電池是未來重要的動力來源之一,燃料電池擁有將氫燃料中的化學能轉換成電能的特性,其具有高能源轉換率、無汙染、環保等優點,而且氫能源是地球中蘊藏豐富的資源,只要不斷的補充氫氣,氫能質子交換燃料電池就能不斷的運作發電,因此氫能源的開發與氫能質子交換燃料電池的研究受到全球相當高度的矚目與重視,世界先進國家與科技大廠紛紛投入此相關領域的研究。本研究基於研究綠色能源、互動娛樂與科學教育之意涵,以此概念應用於實體與互動的玩遊產品的設計,結合教育性(Education) 與娛樂性(Entertainment)並融合互動科技於實體之玩遊具產品設計之研究,並肩負培養此相關玩遊具發展領域所需,兼顧學術研究、設計能力與能源教育的核心價值,因此本研究就以燃料電池模組結合樂高科技積木開發綠色能源互動科學玩具,利用樂高積木的高創作性與互動性,在積木玩具的動力結構中融入氫能源與質子交換燃料電池,建立質子燃料電池與樂高積木動力模組之架構,以利未來可以應用更寬廣的應用在各式玩遊具產品或其他領域中,發展科學玩具與互動娛樂玩具的結合,讓使用者創造出更多的創意與想法,同時也讓玩具產業有新的面貌,期待能夠激發出使用者更多的科學創意應用,能夠從旁導入正確的能源知識,建立正確的能源使用的概念與珍惜資源,讓生態和環境可以永續發展,以達到「動手做、做中學」與寓教於樂的目的,期待本研究能夠為發展綠色能源與互動玩遊具的研究進一份心力。


Since the industrial revolution, the demand for petrochemical energy has been increasing in pursuit of rapid development in technology and industry. However, the overdependence on petrochemical resources has resulted in environmental pollution and energy depletion, among other problems, which not only impact economic growth and people’s daily lives but also have given rise to ecological crises. To face and solve these problems and crises, more and more emphasis has been placed on the search for, the development of and the promotion of “green energy”. As a promising power source in the future, fuel cells are configured for transforming the chemical energy of the hydrogen fuel into electricity, with the advantages of being highly efficient in energy conversion, pollution-free and eco-friendly. Furthermore, with hydrogen energy being an abundant resource on the earth, a hydrogen-fueled proton exchange membrane fuel cell can work for power generation continuously as long as there is a constant supply of hydrogen. Therefore, the development of hydrogen energy and the research on hydrogen-fueled proton exchange membrane fuel cells have attracted worldwide attention, and many advanced countries and technology enterprises are starting to invest in studies in the related fields. This research aims to study green energy, interactive entertainment and science education and apply them to the design of physical and interactive toys. Combining education and entertainment, this study incorporates interactive technology into the design of physical toys and gathers knowledge for development of the toy-related fields. The core of this study encompasses academic research, design ability and energy education. More particularly, this study combines a fuel cell module with LEGO building blocks to develop a green energy interactive science toy. Thanks to the high workability and interactivity of LEGO blocks, a hydrogen-fueled proton exchange membrane fuel cell is integrated into the power design of a LEGO block toy. The structure combining the fuel cell with the power module of the LEGO block toy can be further applied to various toys and other fields in the future, thereby promoting the integration of science toys with interactive entertainment toys, enabling the players to come up with more creative ideas, and leading the toy industry into a new era. It is hoped that the players will be inspired to think of more creative science applications and, with the correct knowledge on energy, learn to use energy properly and cherish all resources, thus not only achieving the goals of “learning by doing” and “learning by playing”, but also allowing sustainable development of the ecology and the environment. This research is intended to contribute to the development of green energy and the research on interactive toys.
摘要 i
Abstract ii
目錄 iv
表目錄 vi
第一章 緒論 1
第一節 研究背景與動機 1
第二節 研究目的 2
第三節 研究範圍與限制 4
第四節 研究架構 5
第二章 文獻探討 7
第一節 燃料電池之發展 7
一、燃料電池的沿革 7
二、燃料電池的工作運作原理-以氫氧質子交換膜燃料電池為例 8
三、燃料電池的種類與特性 12
四、燃料電池的應用 16
第二節 樂高科技積木創作玩具 20
一、樂高科技系列 20
二、樂高科技系列的特色分析與探討 22
第三節 科學玩具的探討 26
一、科學玩具的意義與功能 26
二、科學玩具設計之條件探討 27
第四節 互動玩具探討 30
一、何謂互動玩具 30
二、互動玩具產品的介紹 31
第五節 氫能質子交換膜燃料電池模組於樂高科技積木之評估探討 35
一、攜帶型燃料電池的設備規模與市場分析 35
二、樂高未來市場分析 40
第三章 研究方法 43
第一節 研究步驟和流程 44
第二節 研究方法與對象 45
一、研究方法 45
二、研究對象 45
第三節 系統雛型設計 47
一、氫氧燃料製造模組設計 47
二、質子交換膜燃料電池供電模組設計 48
三、能源供電系統關聯性與特性 49
四、樂高積木互動裝置架構設計 50
第四節 實驗設計研究 51
一、研究設備與工具 51
二、問卷設計 60
第四章 結果與討論 61
第一節 燃料電池應用實例產品系統運作設計分析 62
一、直接甲醇燃料電池於消費性電子產品實例應用與運作分析 62
二、可逆式PEM質子交換膜燃料電池車產品運作分析 64
三、H-Racer 氫能動力玩具車產品運作分析 66
第二節 設計創作理念與系統概念 69
第三節 氫能質子交換膜燃料電池模組於LEGO積木規劃與開發流程 71
一、氫氧燃料製造模組設計 72
二、氫能質子交換膜燃料電池供電模組設計 75
三、樂高積木動力裝置模組與互動控制裝置模組設計 77
第四節 氫能質子交換膜燃料電池模組與LEGO積木實體建置 80
一、實體設計與規劃 80
二、各裝置實體建置 81
第五節 問卷調查與分析 99
一、問卷回收結果統計 99
二、問卷分析與比較 102
第六節 氫能質子交換膜燃料電池於樂高積木的SWOT分析與整體研究的探討 110
一、氫能質子交換膜燃料電池於樂高積木進行SWOT分析 110
(一)、優勢(Strength) 110
(二)、弱勢(Weakness) 110
(三)、機會(Opportunity) 111
(四)、威脅(Threats) 111
二、整體研究的探討 111
第五章 結論與建議 113
第一節 結論 113
第二節 未來發展與建議 114
參考文獻 117
附錄一:氫能質子交換膜燃料電池模組於樂高科技積木應用與使用成效調查問卷 122


中文資料
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外文資料
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網路資料
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KID MAKE STUFF: http://www.kidsmakestuff.com/articles/show/aj9c
KID DREAMS:
http://new.maumau.com.tw/print_product_info.php?products_id=1588
樂高官方網站:http://powerfunctions.lego.com/en-us/
教育部國語線上字典:http://dict.revised.moe.edu.tw/
TAKARA TOMY Q-steer
http://the-gadgetepowerkidser.com/takara_tomy_q_steer_rc_race_car/
6 in 1 Solar Robot Kit:
http://www.electronickits.com/robot/OWIMSK610.htm


QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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