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研究生:江賢燿
論文名稱:應用致冷晶片於小型電子式冰箱之研究
論文名稱(外文):Study of Applying Thermoelectric Cooling Chip to Compact Electronic Refrigerators
指導教授:陳財榮 博士
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:56
中文關鍵詞:致冷晶片小型電子冰箱
外文關鍵詞:Thermoelectric Cooling ChipCompact Electronic Refrigerator
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中文摘要
近年來環保議題與石油危機常受到世人關注,電器用品之輕型化與節能
減碳訴求也逐漸吸引消費者的注意。由於冰箱已成為家家戶戶必備電器用品
之一,惟因壓縮機式冰箱耗電量較高,冷媒也有環保問題,使得壓縮機式冰
箱在節能減碳與環保要求受到考驗。因此,本文以致冷晶片作為冰箱之熱能
移除機制,避免使用壓縮機與冷媒,可降低冰箱設置體積、重量與運轉噪音。
本文實際研製一容積25 公升之小型電子冰箱,文中除進行小型電子冰箱之設
計與製作外,並對致冷晶片之特性與耗電量做量測。由實驗結果可得知,經
過600 分鐘之開機測試,冷凍室壁溫與冷藏室室溫由原先之28 ℃分別降至-6
℃與12 ℃左右。其中,冷凍室壁溫於20 分鐘後即低於0 ℃,冷藏室室溫經
100 分鐘後降至15 ℃,研製之小型電子冰箱整體總耗電量約為57 W,充分
達到節能減碳與環保之實用需求。

ABSTRACT
Eco-friendly issues and energy crisis have caused worldwide interests in
recent years. Household appliances with energy saving and carbon reduction
function are gradually accepted by consumers. Because, the refrigerator has
become one of essential household appliance for every family, however, due to it's
high electricity consumption of compressor and eco problem of coolant,
refrigerators with compressors are conflated with by the trend of energy saving
and eco-protection. In order to reduce it's size, weight and operating noise, a
thermoelectric chip is adopted in the study as cooling mechanism of the
refrigerator to replace compressor and coolant. A 25 liter compact electric
refrigerator is designed and developed in this steady to evaluate the characteristic
and electricity consumption of the thermoelectric chip. The experiment result
shows that after 600 minute operating of the refrigerator, the temperature of
frozen and cold chambers decrease from room temperature of 28 ℃ to around -6
℃, 12 ℃ respectively. Among them, the temperature of frozen chamber reaches 0
℃ in 20 minutes and cold chamber reaches 15 ℃ in 100 minutes. With total
electricity consumption of 57 W, the proposed compact electronic refrigerator
fully meets the requirement of energy saving, carbon reduction and eco
protection.
目錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 3
1.3論文架構 5
第二章 致冷技術探討 6
2.1 致冷晶片技術 7
2.2 致冷晶片技術 12
2.3 致冷方式優缺點比較 16
第三章 小型電子冰箱規劃與設計 18
3.1 小型電子冰箱系統規劃 18
3.2 小型電子冰箱設計 22


第四章 實驗結果 36
4.1 致冷晶片致冷特性 36
4.2 致冷晶片與系統耗電量 42
4.3 小型電子冰箱降溫效果 45
4.4 改善冰箱斷電升溫實驗 50
第五章 結論與未來研究方向 53
5.1 結論 53
5.2 未來研究方向 54
參考文獻 55


圖目錄
圖2-1 常見致冷設備之運作方塊圖 6
圖2-2 壓縮機式系統示意圖 8
圖2-3 熱吸收式系統示意圖 9
圖2-4 致冷晶片實體圖 10
圖2-5 席貝克效應示意圖 13
圖2-6 席貝克效應應用示意圖 13
圖2-7 半導體致冷晶片致冷原理 15
圖2-8 湯姆森效應示意圖 15
圖3-1 本文設計冰箱系統示意圖 19
圖3-2 冰箱致冷端傳遞機制圖 20
圖3-3 冰箱散熱端傳遞機制圖 21
圖3-4 本文所使用之致冷晶片實體圖 22
圖3-5 致冷晶片兩端溫差與輸入電壓之關係圖[19] 24
圖3-6 致冷系統端導熱鋁柱之設計圖 25
圖3-7 致冷系統端之導熱鋁柱實體圖 25
圖3-8 散熱系統端之導熱鋁柱 26
圖3-9 散熱系統端之導水外殼 27
圖3-10 散熱系統端之導熱鋁柱實體圖 27
圖3-11 致冷晶片冷端冷源傳遞機構部件之設計圖 29
圖3-12 儲冷槽設計圖 29
圖3-13 儲冷槽與冷凍鋁框設計圖 30
圖3-14 儲冷槽實體圖 30
圖3-15 冷凍鋁框實體圖 31
圖3-16 冰箱之儲冷設備整體圖 31
圖3-17 本文所使用之散熱水排之示意圖 32
圖3-18 本文所使用之散熱水排與風扇實體圖 33
圖3-19 本文使用幫浦之實體圖 33
圖3-20 本文散熱系統整體圖 34
圖3-21 本文使用之電源轉換器實體圖 35
圖4-1 於電流為1.5 A時散熱風扇之溫度曲線圖 37
圖4-2 於電流為1.5 A時散熱片與散熱風扇之溫度曲線圖 38
圖4-3 於電流為3 A時散熱風扇之溫度曲線圖 39
圖4-4 於電流為3 A時散熱片與散熱風扇之溫度曲線圖 39
圖4-5 於電流為4.5 A時散熱風扇之溫度曲線圖 40
圖4-6 於電流為4.5 A時散熱片與散熱風扇之溫度曲線圖 40
圖4-7 致冷晶片運作電壓電流波形圖 42
圖4-8 電子冰箱系統輸入電壓電流圖 44
圖4-9 電子冰箱系統消耗功率圖 44
圖4-10 散熱水排之出、入水溫度變化圖 46
圖4-11 冷凍室壁溫與冷藏室室溫變化圖 46
圖4-12 致冷晶片冷端與熱端溫度變化圖 47
圖4-13 風扇排出氣體溫度與室溫變化圖 47
圖4-14 預留正面開口之冷凍室 48
圖4-15 COP測試之水杯實體圖 49
圖4-16 具儲冷槽設計之溫升測試結果 50
圖4-17 無儲冷槽設計之溫升測試結果 51




表目錄
表2-1 冰箱致冷方式比較表 17
表3-1 冰箱外觀尺寸表 18
表3-2 致冷晶片規格表 23
表4-1 致冷晶片致冷效果實驗結果表 41
表4-2 小型電子冰箱之耗能測試表 43
表4-3 溫升比較表 52


參考文獻
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[21] 劉銘忠,R600a 碳氫冷媒在Sub 型兩段式蒸氣壓縮冷凍系統COP 特性解
析,國立台北科技大學能源與冷凍空調工程系碩士論文,2009。
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