熱電致冷器效率之實驗

為了了解熱電致冷器之效率，在此需要量取熱電致冷器之最大溫差、最大電 流與電壓及最大致冷量。

量測最大溫差時，首先需要把熱電致冷器的熱端維持在 27℃，而冷端絕熱。

在本實驗中，熱電致冷器的熱端緊貼一散熱鰭片，並以一風扇做強制對流，冷端 則包覆多層絕熱泡綿把熱損降到最低。另外在冷熱端各放一熱電偶線來量測溫 度，實驗設備配置如圖 3-4，散熱鰭片型式如圖 2-6。實驗步驟如下：

（1） 開啟風扇電源，開啟熱電致冷器電源。

（2） 熱電致冷器輸入初始電壓，此電壓不宜過大。

（3） 每 60 分鐘量取冷端及熱端溫度一次，當兩次溫度差小於 0.2℃時則視系統 已達穩態，並計算冷熱端溫差。

（4） 每次系統達穩態後電壓增加 0.2 伏特，並重複步驟（3）。

（5） 當冷熱端溫差隨著電壓增加而減小時，結束實驗。

（6） 冷熱端溫差減少前所量得的電流、電壓、冷熱端溫差即為最大電流、最大 電壓、最大溫差。

量測最大致冷量時，輸入上面量測到的最大電流，並且在冷端放置加熱片當 做發熱源使冷熱端皆維持在 27℃即可。實驗設備配置如圖 3-5。實驗步驟如下：

（1） 開啟風扇電源，開啟熱電致冷器電源。

（2） 熱電致冷器輸入最大電流。

（3） 加熱片輸入初始電流，每 60 分鐘量取冷端及熱端溫度一次，當兩次溫度 差小於 0.2℃時則視系統已達穩態，並計算冷熱端溫差。

（4） 每次系統達穩態後電壓增加 0.1 安培，並重複步驟（3）。

（5） 當冷熱端溫差為零時，結束實驗。計算加熱片對熱電致冷器冷端的熱通 量，此熱通量即為最大致冷量。

在本實驗中，使用加熱片來模擬熱源，最理想的狀況為所有熱量皆傳遞到銅

箔上，但實驗中熱量損失無可避免，在忽略熱輻射的前提下，當熱量輸入加熱片

溫差僅為 62.7℃，這是因為在冷端絕熱的部分僅是以多層絕熱泡綿包覆，無法完 全絕熱，使得冷端從外界吸熱，冷端溫度上升，最大溫差因此下降。

而在量測最大致冷量的實驗中，冷熱端皆只能維持在 45.7℃，比定義的 27

℃高，由式（3-11），量得的最大致冷量會比定義為高。由表 3-2（a），本實驗量 得的最大致冷量為 17.04W，比廠商規格中的 16.4W 高，符合理論計算。

圖 3-4 量測最大電流、電壓、溫差實驗配置示意圖 散熱鰭片

絕熱泡綿 熱端 冷端

TH

Tc

風扇

圖 3-5 量測最大致冷量實驗配置示意圖 散熱鰭片

加熱片 熱端 冷端

TH

Tc

風扇

表 3-2 熱電致冷器實驗規格對照表

組數 電壓(V) 電流(A) Th(℃) Tc(℃) △T(℃)

Case1 7.6 2.73 34.2 -27.2 61.4 Case2 7.8 2.82 34.5 -27.5 62.0 Case3 8.0 2.88 34.8 -27.4 62.2 Case4 8.2 2.95 35.0 -27.7 62.7 Case5 8.4 3.02 35.3 -27.3 62.6 Case6 8.6 3.09 35.6 -27.0 62.6

（a）量測最大電壓、最大電流、最大溫差。環境溫度為 27.5℃

電壓(V) 電流(A) Th(℃) Tc(℃) Q(W)

8.0 2.95 45.7 45.7 17.04

（b）量測最大致冷量。環境溫度為 27.8℃

Imax.(A) Vmax.(V)

Q& max. (W) △T max. (℃) C

廠商規格 3.00 8.1 16.40 68.0

實驗值 2.95 8.2 17.04 62.7

（c）實驗值與廠商規格對照