致冷晶片應用於除濕之研究

指導教授 ：方煒 博士報告人：翁偉庭

研究目的探討利用致冷晶片進行除濕之可行性。優點為：– 不需要用冷媒，符合環保潮流。– 無須利用壓縮機，有效的降低噪音。– 可透過供應電流的調整還控制溫度變化，以

達到最高的效能 (g water / kW.hr) 。

文獻探討

什麼是致冷晶片

利用 N 型或 P 型半導體與金屬導線如 Cu 連接，

外加一直流電源即可作為最基本之致冷元件

N-P 交互串聯的致冷晶片

以 N 型及 P 型半導體互相搭配為熱電元件最佳組合1. 無使用造成熱回流之金屬導線2. 利用 P 、 N 電流與傳熱相反的特性

典型商業化熱電元件結構示意圖

致冷晶片的應用專利• 空調裝置• 光源裝置• 皮膚用導入器結構• 太陽能冷氣帽• 散熱裝置• 除濕裝置

研究方法與實驗分析

A. 致冷晶片效能實驗

致冷晶片

散熱器

測量冷端溫度

測量熱端溫度

A. 致冷晶片效能實驗

B. 致冷晶片除濕效能實驗

致冷晶片

金屬板

風扇

散熱器集水瓶

B. 致冷晶片除濕效能實驗

實驗 C. 致冷晶片除濕效能與電流關係實驗

實驗方法如同實驗 B主要在探討相同環境下通入不同電流至致冷晶片的除濕效率

結果與討論

實驗結果地點 知武館

306實驗室知武館3 樓走廊

知武館303實驗室

知武館303實驗室

溫度 (℃) 24 24.5 27 26露點溫度 (℃) 11.2 17.2 18.3 22相對溼度 (%) 44.5 63.5 59 78.5

130分鐘內收集到的水量 (cc) 4.5 10.5 14.5 19

通過致冷晶片的電流 (A)及電壓 (V)

4.0 / 10.8

4.0 / 10.8

4.0 / 10.9

4.0 / 11.0

含風扇的消耗功率 (W) 60.78 60.78 61.17 61.57

單位耗電功率的除水速率 (g / kW.hr) 34.17 79.73 110.11 144.28

備註 有開冷氣 無冷氣 無開冷氣 無開冷氣

規格 /型式 RD-12SE RD-12SL RD-200J RD-280N適用室溫範圍

( )℃5~35 1~35

電源 單相‧ 110V 60Hz‧額定消耗電功

率 (w) 220 270 450

除濕能力(g/kw.hr)

室溫30℃~35℃濕度 80%~85%

2,270 2,270 3,090 2,590

室溫27℃濕度 60%

1,140 1,140 1,540 1,300

外型尺寸(mm) 310**530*190 370*600*279

製品重量 (kg) 9 15建議售價

(NTD)5,690 5,690 8,790 14,490

規格 /型式 AD-

1273N

AD-

1662FN

AD-

2472FN

RD-280N

分類別 奈米銀濾網除濕輪式

電源 單相‧ 110V‧60Hz

額定消耗電功率 (w) 260 310 370 390

除濕能力(g/w.hr)

室溫27℃濕度60%

960 1,070 1,350 850

外型尺寸 (mm)300*458*

260528*356*

255170*420*

510175*295*

475

製品重量 (kg) 12.5 15.5 10.7 5.9

建議售價 (NTD) 4,990 6,490 8,990 7,990

型號 RD-12SE

RD-12SL

RD-200J

RD-280N

AD-1273N

AD-1662FN

AD-2472FN

RD-280N

本實驗

圖表編號 1 2 3 4 5 6 7 8 9

除濕方式 壓縮機式 除濕輪式

致冷晶片

除濕能力 (g/kw.hr)

室溫 27℃相對濕度 60%

1,140

1,140

1,540

1,300

960 1,070 1,350 850110.1

1

尺寸 (cm^3)31,21

731,21

761,93

861,93

835,72

447,93

236,41

424,52

26,864

重量 (kg) 9 9 15 15 12.5 15.5 10.7 5.9 1.3

價位 (NTD)5,69

05,69

08,79

014,49

0 4,990 6,490 8,990 7,990 5,250

本實驗與市面上機種比較

除濕能力除濕能力比較

0

500

1000

1500

2000

1 2 3 4 5 6 7 8 9

編號

(g/kw,hr)

除濕

能力

重量重量比較

0

5

10

15

20

1 2 3 4 5 6 7 8 9

編號

(kg)

重量

尺寸尺寸比較

0

20,000

40,000

60,000

80,000

1 2 3 4 5 6 7 8 9

編號

(cm̂

3)尺

寸

價位價位比較

0

5,000

10,000

15,000

20,000

1 2 3 4 5 6 7 8 9

編號

(NTD)

價位

電流 (A) 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

電壓 (V) 5.5 6.8 8.0 9.4 10.8 12.0

20分鐘中收集到的水量(g) 0.5 1.0 1.5 2.1 1.8 1.7

致冷晶片冷端溫度 (℃) 15.1 13.9 11.0 7.3 3.2 5.2

除濕能力 (g/kw.hr) 136.36

176.47

187.50

191.49

125.00

94.44

備註 溫度 24.0℃ / 露點溫度 19.7℃ / RH 74.5%

電流對除濕效率的影響

結 論

除濕機性能優缺點比較壓縮機式

效率高 (1000~1500 g/kw.hr)噪音高、使用冷媒

除濕輪式效果不受溫度限制、環保、安靜效率低 (850 g/kw.hr) 、使用壽命短

致冷晶片式安靜、體積小效率最低 (110.11 g/kw.hr)

後續改善

• 改變通入致冷晶片的電流• 透過流道設計，減少風扇數量，減少耗電• 探討最適金屬板表面溫度• 探討最適金屬板面積• 探討金屬板材質

結合熱管的 高效能除濕機

26.67oC 21.1oC 12.7oC 18.3oC

http://www.heatpipe.com/