銅製與鋁製水箱兩者體積形狀，表面積皆相等，鋁的比重為 2.1 g/cm3，銅 的比重為 8.9 g/cm3
1. 故可得知銅的質量為鋁質量的 4 倍，亦即 Al :Cu = 1 : 4 鋁的比熱為 0.217 kcal/g*°C、銅的比熱為 0.093 kcal/g*°C 2. 鋁的比熱與銅的比熱為 217 : 93
H = m * s * △T...（1）
3. 當同熱量發生於兩散熱器時，溫差與質量比熱積成反比 質量比熱積比 ==> Al : Cu = 1 * 217 : 4 * 93 = 217 : 372 溫差比 ==> T(Al) : T(Cu) 1/217 : 1/372 = 372 : 217
由此可知道就溫差比較鋁優銅劣(鋁的溫差大於銅的溫差)，也就是鋁製水箱 在與銅製水箱以溫差理論相比之下，鋁製水箱的溫差會比銅製的大，因此 鋁製水箱散熱能力會比銅製水箱來的好。
但再考量到銅、鋁的導熱係數，銅之導熱係數遠高於鋁，相對的銅把冷 卻水的溫度導熱至對流空氣中的能力會比鋁強。但於前面章節提到，因製
程的關係。所以製銅水箱有可能比鋁製的水箱還要差。因此理論上，鋁製 水箱的散熱能力會比銅製還要強。銅製水箱與鋁製散熱器的競爭性，如【表 3-2】所示。
3.3 實驗實驗實驗實驗方式方式方式 方式
3.3.1 定定定定時昇時昇時昇時昇溫實驗溫實驗溫實驗 溫實驗 條件：
引擎轉速：855RPM
量測引擎從上水管冷卻溫度達 95℃後運轉至 110℃所需之時間，引擎溫度 量測由上、下水管之冷卻水量測。
3.3.2 定時定時定時定時降溫降溫降溫降溫實驗實驗實驗 實驗 條件：
引擎轉速：855RPM
量測引擎上水管冷卻水達 110℃後散熱風扇作動，塑銅、塑鋁水箱之上、下 水管之溫度。引擎溫度量測由上、下水管量測之。
3.3.3 長時間運轉長時間運轉長時間運轉長時間運轉實驗實驗實驗 實驗
條件：兩台相同之架上引擎，分別安裝銅製水箱、鋁製水箱。
引擎轉速：855RPM
風扇控制：ECU 控制時間，風扇用高速運轉。
記錄風扇運轉、及停止後再次運轉間隔時間及上、下水管溫度。
【表 3-1】-銅、鋁密度、比熱之比較
銅 鋁
密度 8.9 g/cm3 2.7 g/cm3 比熱 0.092 cal/g-℃ 0.217 cal/g-℃
熱導係數 385 W/m-℃ 226 W/m-℃
0.092 kcal/m-s-℃ 0.051 kcal/m-s-℃
熱容 0.8188 cal/cm3-℃ 0.5859 cal/cm3-℃
【表 3-2】鋁製水箱與各類銅製水箱比較表
鋁製水箱 黃銅製水箱 純銅水箱 新製程純銅水箱 水箱上部厚度，英吋 17.01 17.01 17.01 15.55
波翼厚度，英吋 0.0045 0.0015 0.0015 0.0015 管壁厚，英吋 0.015 0.005 0.005 0.004 散熱芯子總重，磅 3.68 4.18 3.95 3.34 冷卻壓降，每平方英寸/磅 0.69 0.48 0.42 0.69 氣壓下降，英寸 1.24 0.87 1.24 1.24
來源：Penn State University Department of Mechanical Engineering.
第四章
量測銅製水箱之散熱，在測量完畢後，立即拆下銅製水箱，裝上鋁製水箱，
再次進行相同之實驗，以避免引擎內部機件磨耗、水道循環不良、節溫器 開啟溫度差、水泵流速等等因素，而影響實驗。
在定溫、定時試驗之後，發覺只是量測水箱升溫及水管之溫度，得知的 數據尚嫌不足，因此又規劃出定時升溫、定時降溫之實驗，實驗時除量測 上、下水管之水溫，另用紅外線溫度計量測水箱之表面溫度數據，以多種 數據來比較銅製水箱與鋁製水箱之散熱比較。
4.4 實驗操作實驗操作實驗操作實驗操作及實驗數據及實驗數據及實驗數據 及實驗數據 4.4.1 定時升溫實驗定時升溫實驗定時升溫實驗定時升溫實驗
（室溫 30.3℃，溼度 65%）
定時升溫：先啟動架上引擎，維持怠速 850RPM，風扇不運作。待上水 管之冷卻水溫度達 95℃時（因為引擎節溫器於 95℃時，升程全開，使引擎 內部之冷卻水處於大循環，因此本定時升溫實驗才會定於 95℃時再開始記 錄溫度數據），每隔 30 秒量測一次上水管冷卻水溫度及下水管冷卻溫度及 水箱於上、下水管相對位置之溫度。待引擎從 96℃時持續運轉 210 秒後，
再手動開啟風扇，因為達 95℃後，持續運轉達三分鐘，引擎之上水管冷卻 水溫度可達到 120℃以上，若是引擎再持續運轉，將會使引擎機件受損，嚴 重時有可能會造成引擎活塞與汽缸咬死，也就是所謂的縮缸。在 210 秒的 昇溫實驗完後之後，可得到四組之實驗數據。分別為上水管冷卻水溫度、
下水管冷卻水溫度、上水管水箱相對位置之表面溫度、下水管水箱相對位 置之表面溫度。銅製水箱之實驗數據如【表 4-1】所示，鋁製水箱之實驗數 據如【表 4-2】所示。銅製水箱及鋁製水箱之比較折線圖如【圖 4-11】
【圖 4-12】所示。
4.4.2 定時降溫實驗定時降溫實驗定時降溫實驗定時降溫實驗
（室溫 30.1℃，溼度 64%）
定時降溫：啟動引擎，讓引擎怠速運轉，待上水管溫度達 110℃，啟動 電動風扇，電動風扇跨接為「高速運轉」。每三十秒記錄一次上水管冷卻水 溫度及下水管冷卻水溫度。水箱表面溫度不予記錄。因為風扇運轉時，空 氣對流量過大，造成紅外線溫度計判讀誤差過大，溫度數據無參考價值。
銅製水箱之實驗數據如【表 4-3】所示，鋁製水箱之實驗數據如【表 4-4】
所示。銅製水箱及鋁製水箱之比較折線圖如【圖 4-13】【圖 4-14】所示。定 時降溫實驗未記錄外箱表面溫度，原因為引擎散熱風扇之風量約為時速 60km/hr，產生空氣激烈流動，令紅外線溫度槍無法正確量測出水箱之表面 溫度。因此水箱散熱時，本實驗不記錄水箱表面溫度。
4.4.3 長時間運轉實驗長時間運轉實驗長時間運轉實驗長時間運轉實驗
（室溫 19℃，溼度 78%）
長時間運轉實驗。引擎達工作溫度。記錄風扇運轉時間、風扇再次運轉 之間隔時間。水溫則記錄上、下水管之溫度。不記錄表面水箱表面溫度。
記錄如【表 4-5】，平均運轉及運轉間隔時間記錄如【表 4-6】
4.5 結果與討論結果與討論結果與討論結果與討論
在定時升溫實驗時，發覺到節溫器全開啟行程時，銅製水箱與鋁製水箱 之上水管之冷卻水溫度相差不多。但在節溫器行程全開啟一分鐘後，兩水 箱之實驗數據開始有明顯的差異。以數據上看來，可明顯看出，銅製水箱 之上水管溫度明顯比鋁製水箱低 2℃~3℃【圖 4-11】。先前假設鋁之表面溫 度會比銅高，但經過實際實驗之後，發覺不論上水箱表面溫度或是下水箱 表面溫度，皆是銅製水箱之表面溫度比鋁製水箱的表面溫度還要高【表 4-3】
【表 4-4】。熱力學第一定律：能量守恆定律對非孤立系統的擴展。此時能 量可以用功 W 或熱量 Q 的形式傳入或傳出系統。當物體之表面溫度與室溫 相差越大時，熱傳導與對流會更快。
在下水箱昇溫實驗之數據更可以看出銅製水箱的優良散熱能力，銅製水 箱下水管之溫度平均比鋁製水箱之溫度低 2℃左右，也代表著在無風扇強制 對流之下，銅製水箱光是靠著水箱本身的熱傳導能力，就可以讓冷卻水溫 度下降 10℃左右。而鋁製水箱只能讓冷卻水降溫 5℃左右。這時更能明顯 比較出銅製水箱的散熱能力。
在定時降溫實驗時，當引擎上水管冷卻水溫度達 110℃時，手動開啟電 動風扇。以 30 秒為記錄間隔，發現銅製水箱上水管冷卻水之溫度比鋁製水 箱上水管冷卻溫度低 3℃~4℃左名。在看下水管溫度紀錄的比較後，更是可
以發現，在風扇作用達 180 秒後，鋁製水箱之下水管冷卻水溫度在 67℃左 右，就無太大之變化。而銅製水箱下水管冷卻水溫度則是在 180 秒到 300 秒之後，降到 51℃左右。同樣是 300 秒之風扇作動時間，銅製水箱可冷卻 到 51℃，即關閉散熱風扇。鋁製水箱若讓散熱風扇作用 300 秒以上，則無 法再使下水管冷卻水降溫，下水管冷卻水溫度約在 67℃上下移動。在本實 驗後，得到結論為銅製水箱不論製程有何影響，銅製水箱之散熱能力依然 大於鋁製水箱。
在定時降溫實驗中，最有利於表示散熱的數據為鋁製水箱在風扇作用 180 秒後，下水管的水溫反而有些為提高。這個數據更是明顯表示出鋁的散 熱力不足。同樣 180 秒後銅製水箱的上水管溫度固定，但下水管溫度仍然 可以下降，這表示出銅的散熱能力優良。本試驗採用 300 秒為風扇作動時 間，是因為 300 秒後，銅製水箱之下水管溫度就無太大變化。也代表銅製 水箱可使引擎冷卻水降溫的最大限度為 51℃左右。再作用下去，也無法讓 冷卻水溫更低。這就是本實驗為何定義散熱風扇作動時間為 300 秒之原因 所在。
在長時間運轉時更能看出散熱的差異性能，銅製水箱風扇運轉時間平均 比鋁製水箱少 7 秒。風扇再次啟動間隔時間，銅製水箱平均比鋁製水箱多 20 秒。當車輛在市區行駛時，使用銅製水箱可有效降低風扇運轉時間及延 長風扇起動間隔，可延長風扇、發電機之壽命也可節省汽車燃料消耗量。
【圖 4-1】酒精式溫度計
【圖 4-2】電子式溫度計-上水管（黑）
【圖 4-3】電子式溫度計-下水管（白）
【圖 4-4】數位電子溫溼度計
【圖 4-5】紅外線溫度計
【圖 4-6】萬用電錶
【圖 4-7】銅製水箱
【圖 4-8】銅製水箱安裝圖
【圖 4-9】鋁製水箱
【圖 4-10】鋁製水箱安裝圖
銅、鋁水箱上水管及上部水箱表面溫度比較圖
水箱上水管冷卻水溫度比較圖
【表 4-1】銅製水箱定時加熱實驗數據
【表 4-3】銅製水箱定時散熱數據
【表 4-5】引擎長時運轉數據
第五章
一家汽車製造場採用低成本之鋁製水箱來降低成本，以吸引消費者時，其 它的汽車製造廠也只有跟進。鋁製水箱，具有生產工藝簡單、易於加工、
材料成本低廉，價格便宜等優點。但缺點是，整體散熱效果欠佳。鋁是汽 車工業使用較多的金屬材料，也是汽車輕量化的首選材料。雖然鋁的熱傳 導率較銅低，僅為銅的 60%，且鋁還有良好的鑄造加工性能。鋁散熱器具 有品質輕、原料成本低等優點，但鋁散熱器之散熱不良是指相對於銅製水 箱，鋁製水箱要取代銅製水箱目前只在小型車輛之中，因為大型車量著重 於散熱能力，大型車輛有時滿載人員或貨品時，常常使引擎在全負荷之下 工作，因此若是散熱能力不足，將使車輛受損。
從銅製水箱、鋁製水箱結構上來說，其產品功能沒有什麼不同，也不 影響產品之間的互換。銅、鋁散熱器都是曾遍採用管帶式結構，散熱鰭片
從銅製水箱、鋁製水箱結構上來說，其產品功能沒有什麼不同，也不 影響產品之間的互換。銅、鋁散熱器都是曾遍採用管帶式結構，散熱鰭片