均質化噴射微滴蒸發冷卻技術開發應用於開放空間氣溫調適

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行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

均質化噴射微滴蒸發冷卻技術開發應用於開放空間氣溫調

適

研究成果報告(精簡版)

計畫類別：個別型計畫編號： NSC 98-2622-E-151-018-CC3 執行期間： 98 年 11 月 01 日至 99 年 10 月 31 日執行單位：國立高雄應用科技大學機械工程系計畫主持人：陳錦泰計畫參與人員：碩士班研究生-兼任助理人員：杜昆澤大專生-兼任助理人員：黃正智大專生-兼任助理人員：吳忠縉大專生-兼任助理人員：呂昶憲處理方式：本計畫涉及專利或其他智慧財產權，研究成果報告(精簡版)2 年後可公開查詢中華民國 100 年 01 月 31 日

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行政院國家科學委員會補助產學合作研究計畫成果精簡報告

計畫名稱：均質化噴射微滴蒸發冷卻技術開發應用於開放空間氣溫調適計畫類別：□ 先導型 □ 開發型 ■ 技術及知識應用型計畫編號：NSC 98－2622－E－151－018－CC3 執行期間： 98 年 11 月 01 日至 99 年 10 月 31 日執行單位：國立高雄應用科技大學計畫主持人：陳錦泰共同主持人：計畫參與人員：杜昆澤、黃正智、吳忠縉、呂昶憲研究摘要（500 字以內）：在傳統的噴霧冷卻系統裡，以利用高壓馬達配合主單孔噴嘴之系統設計技術為主，可將連續地擊出水柱成霧化水滴來達到局部空間降溫效果。此方法具有設計簡單與價位低廉的實用優點，目前廣為應用於大型農藝場所。然而，其霧化水滴具有分佈型粒徑特性，不均勻大小液滴嚴重限制了其環境狀態調節效益，包括降溫不足(小液滴)與過度潮濕(大液滴)情形，加上壓力馬達的高度噪音，以致無法滿足應用於民眾戶外休閒場所的一般舒適條件需要。利用陣列式噴孔微致動器之噴射液滴系統來達成上述環境之蒸發冷卻目的者，卻是達成同時具有均勻液滴粒徑與低噪音的未來數位化溫度調節方法。此噴射法具有即需即噴的數位化控制、可彈性變化的獨特優勢，可直接將普通純水，在不同時刻與流量上，施放於空氣中形成數十微米級的均勻液滴群落。本研究實驗結果顯示，無論是傳統式或是印表機，皆可達到顯著的降溫效果。使用傳統高壓噴霧裝置於開放式空間時，當啟動單一噴嘴(0.08mm)噴霧可達到 2.5~3℃的降溫，然而同時易導致空間濕度上升(up to RH~80%)與高噪音(noise~85dB)；相對地，當採用印表機噴出微滴可達到1.5~2℃的降溫，其濕度與噪音則無明顯改變(constant RH~60% and noise ~60dB)。

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2 人才培育成果說明： 參與本計畫之學校碩士班(杜昆澤)和大學部(黃正智、吳忠縉、呂昶憲)學生之研究人員訓練為: (1) 流體機械相關設計、繪圖、組立與測試 (2) 熟練微流體之微機電技術，並利用此微流體技術在冷卻系統之設計應用 (3) 熟悉噴霧冷卻相關技術 (4) 建立流體蒸發熱傳學模型分析之能力 技術研發成果說明： 本計畫主要探討數位化蒸發冷卻技術應用可行性，先以紅外線熱影像儀針對市面上已有之高壓噴霧系統作一量測，確定其作動時的噪音、過多的水霧、大量的耗水等技術要求皆不甚理想。然後，採用市售數位化噴墨印表機，研究其作動時的低噪音、液滴的均質性、微小的耗水等特色。微機電精密機械技術與節能應用技術皆為目前重要的產業，而本計畫即利用所研究的微米級數位噴液技術來取代其開放空間蒸發冷卻的傳統方式，經實驗證明可達到降溫效果及節省能源的目的。關於傳統高壓噴霧式、數位噴射印表機、微致動壓電片三種不同噴霧器，於本研究實驗過程及結果分析後獲得幾項結論，如下表所示： (1). 當起始環境條件相同時，使用傳統高壓式噴霧其造成降溫效果最顯著，但其溼度與噪音值亦皆為最高。 (2). 使用數位印表機作動噪音值不高，當其噴霧時間足夠長時可達到降溫效果，且

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3 其產生水氣很快能蒸發，但其冷卻空間相對較為有限。 (3). 使用壓電片噪音值與溼度與起始環境無差別，但因其出水量相當細微致其降溫效果不甚顯著，倘若數量增多當可達到降溫與水氣蒸發的效果。執行本計畫相關之技術成果應用方面，未來可進一步參考到國內發明專利申請2 件。 技術特點說明： 如眾所周知，在一般冷氣空調系統裡，其熱交換器方法僅較適用於密閉環境空間使用，且具高電壓與耗能缺點。相對地，在現今農藝環境應用裡，普遍採用傳統高壓噴霧冷卻系統，其結合壓力驅動馬達與噴嘴，可對一特定高溫之環境裡，達成兼具降溫冷卻、植物用水澆灌與動物畜牧環境空調等作用，提供有效且廉價需求。並且，此水霧方式特別適合於夏日(及長年)高溫地區之一般人類建物與室外休憩、活動場所(例如，庭園咖啡與餐飲)使用，具有價格低廉與高節能優勢，故可望獲得更普及化之日常生活應用。然而，在傳統高壓噴霧冷卻系統，由於驅動馬達之噪音與過度溼氣冷凝問題，其未臻舒適程度將阻礙其此類應用環境範圍。採用數位控制之噴墨技術，其微機電製程製作之微致動器可產生均質化之微小液滴，可同時解決上述之噴霧冷卻系統噪音與過度溼氣冷凝問題。利用陣列式噴孔微致動器之噴射液滴系統來達成上述環境之蒸發冷卻目的者，卻是達成同時具有均勻液滴粒徑與低噪音的未來數位化溫度調節方法。此噴射法具有即需即噴的數位化控制、可彈性變化的獨特優勢，可直接將普通純水，在不

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4 同時刻與流量上，施放於空氣中形成數十微米級的均勻液滴群落。其噴液微滴蒸發冷卻包括了液氣兩相變化作用，微熱(質)傳遞過程、微流體運動與供給的一連續性過程。 可利用之產業及可開發之產品： 本計畫蒸發冷卻技術成果可推廣至機械電子、休閒農牧、居家休閒等產業，其可適用開發產品包括冷卻器、霧化器、灑水器等各類數位噴液(霧)器設計製作。 推廣及運用的價值： 我國在數位液滴產生器與液體容器項目方面，多已具有相關設計、製造與產品行銷經驗等；然而，在流體供給系統與液滴蒸發冷卻系統項目等方面，則多為正發展中或尚待開發情況。因此，本計畫技術將可結合既有技術與開發技術，滿足未來新興應用市場之噴霧冷卻產業需求。

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國科會補助計畫衍生研發成果推廣資料表

日期:2009/12/02 國科會補助計畫計畫名稱: 均質化噴射微滴蒸發冷卻技術開發應用於開放空間氣溫調適計畫主持人: 陳錦泰計畫編號: 98-2622-E-151-018-CC3 學門領域: 熱傳學、流體力學研發成果名稱 (中文) 均質化噴射微滴蒸發冷卻技術開發應用於開放空間氣溫調適 (英文) 成果歸屬機構國立高雄應用科技大學發明人 (創作人) 陳錦泰技術說明 (中文) 在傳統的噴霧冷卻系統裡，以利用高壓馬達配合主單孔噴嘴之系統設計技術為主，可將連續地擊出水柱成霧化水滴來達到局部空間降溫效果。此方法具有設計簡單與價位低廉的實用優點，目前廣為應用於大型農藝場所。然而，其霧化水滴具有分佈型粒徑特性，不均勻大小液滴嚴重限制了其環境狀態調節效益，包括降溫不足(小液滴)與過度潮濕(大液滴)情形，加上壓力馬達的高度噪音，以致無法滿足應用於民眾戶外休閒場所的一般舒適條件需要。利用陣列式噴孔微致動器之噴射液滴系統來達成上述環境之蒸發冷卻目的，是達成同時具有均勻液滴粒徑與低噪音的未來數位化溫度調節方法。 (英文) 產業別電機及電子機械器材業；機械製造業技術/產品應用範圍技術移轉可行性及預期效益註：本項研發成果若尚未申請專利，請勿揭露可申請專利之主要內容。

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98 年度專題研究計畫研究成果彙整表

計畫主持人：陳錦泰計畫編號：98-2622-E-151-018-CC3 計畫名稱：均質化噴射微滴蒸發冷卻技術開發應用於開放空間氣溫調適量化成果項目實際已達成數（被接受或已發表）預期總達成數(含實際已達成數) 本計畫實際貢獻百分比單位備註（質化說明：如數個計畫共同成果、成果列為該期刊之封面故事 ... 等）期刊論文 0 0 100% 研究報告/技術報告 1 1 100% 本國科會計畫成果報告 1 篇研討會論文 1 1 100% 篇國際學術研討會 Transducer11 論文投稿 1 篇(審查中 ): C. Huang, H.-Y. Wang, and C.-T. Chen, ＇ Novel Design and Implementation of a Piezoelectric Droplet Actuator for Evaporative Cooling of Free space, ＇ Transducer ＇ 11, Beiji, China, 2011. (Submitted) 國內論文著作專書 0 0 100%

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申請中件數 2 2 100% 國內發明專利申請 2 件(審查中): 陳錦泰、鍾國賢，＇數位微滴蒸發冷卻方法及其裝置＇，中華民國發明專利審查中，申請案號 99113094 (2010)。陳錦泰，＇微液滴空間冷卻系統＇，中華民國發明專利審查中，申請案號 99120040 (2010)。專利已獲得件數 0 0 100% 件件數 1 1 100% 件技術移轉權利金 0 0 100% 千元碩士生 1 1 100% 博士生 0 0 100% 博士後研究員 0 0 100% 參與計畫人力（本國籍）專任助理 0 0 100% 人次期刊論文 0 0 100% 研究報告/技術報告 0 0 100% 研討會論文 0 0 100% 篇論文著作專書 0 0 100% 章/本申請中件數 0 0 100% 專利已獲得件數 0 0 100% 件件數 0 0 100% 件技術移轉權利金 0 0 100% 千元碩士生 0 0 100% 博士生 0 0 100% 博士後研究員 0 0 100% 國外參與計畫人力（外國籍）專任助理 0 0 100% 人次

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其他成果 (無法以量化表達之成果如辦理學術活動、獲得獎項、重要國際合作、研究成果國際影響力及其他協助產業技術發展之具體效益事項等，請以文字敘述填列。) 無成果項目量化 名稱或內容性質簡述 測驗工具(含質性與量性) 0 課程/模組 0 電腦及網路系統或工具 0 教材 0 舉辦之活動/競賽 0 研討會/工作坊 0 電子報、網站 0 科教處計畫加填項目計畫成果推廣之參與（閱聽）人數 0

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本產學合作計畫研發成果及績效達成情形自評表成果項目本產學合作計畫預估研究成果及績效指標_{（作為本計畫後續管考之參據）} 計畫達成情形技術移轉預計技轉授權 1 項完成技轉授權 1 項國內預估 2 件提出申請 2 件，獲得 0 件專利國外預估 0 件提出申請 0 件，獲得 0 件博士 0人，畢業任職於業界0人博士 0人，畢業任職於業界0人碩士 1人，畢業任職於業界0人碩士 1人，畢業任職於業界0人人才培育其他 1人，畢業任職於業界0人其他 3人，畢業任職於業界0人期刊論文 0 件發表期刊論文 0 件研討會論文 1 件發表研討會論文 1 件 SCI論文 0 件發表SCI論文 0 件專書 0 件完成專書 0 件國內技術報告 1 件完成技術報告 1 件期刊論文 0 件發表期刊論文 0 件學術論文 0 件發表學術論文 0 件研討會論文 0 件發表研討會論文 0 件 SCI/SSCI論文 0 件發表SCI/SSCI論文 0 件專書 0 件完成專書 0 件論文著作國外技術報告 0 件完成技術報告 0 件其他協助產業發展之具體績效新公司或衍生公司 0 家設立新公司或衍生公司(名稱)：計畫產出成果簡述：請以文字敘述計畫非量化產出之技術應用具體效益。（限 600 字以內）此應用型產學合作研究計畫主要是發展蒸發冷卻的高效率微滴噴射技術，透過低噪音與高精度的即需即噴微滴施放能力，完成可適用於開放空間的節能式溫度調節系統之民生用品應用研究。執行本計畫相關之專利與學術論文成果，包括國內發明專利申請 2 件(審查中)與國際學術研討會論文投稿 1 篇(審查中)。