題目：磁氣冷凍材料未來發展潛力之研究

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中華大學碩士論文

題目：磁氣冷凍材料未來發展潛力之研究

Research on Future Development Potential of Magnetic Refrigerants

系所別：科技管理研究所學號姓名：M09103020 鄭人維指導教授：蔣德煊博士

中華民國九十三年六月

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磁氣冷凍材料未來發展潛力之研究

學生：鄭人維指導教授：蔣德煊博士

摘要

隨著環保意識抬頭，往昔冷凍空調相關產品所使用之冷媒物質由於具有破壞環保生態之問題，面臨被禁用的趨勢，相關產業亦紛紛開發新型之環保替代冷媒技術或材料，因此磁氣冷凍材料未來發展潛力將受環境變遷之影響。

磁氣冷凍材料係屬於創新型材料，除具環保優勢外，更具省能源特性。本研究係以台灣及日本之冷凍空調、環保產業以及環保、學術研究單位做為問卷對象，藉由系統性之統計分析法從技術特性、環境保護及社會法規等三大構面，

探討磁氣冷凍材料之未來發展潛力。由研究結果得知，除了參酌國際社會法規政策，落實環保理念外，亦需不斷朝強化磁氣冷凍材料特性之核心技術能力為主軸，持續強化材料特性、環境保護及社會法規等構面中各項關鍵要素，方能使磁氣冷凍材料朝全方位之發展；並以持續強化磁氣冷凍之材料特性為根本，

為磁氣冷凍材料之政策性發展策略指標；再者，集中有限資源於強化或發展各項最具影響力之關鍵因素，同時兼顧各方學者專家之專業知識，才能更迅速且更有效率地開拓磁氣冷凍材料之發展潛力，進而達成即時上市之目的，磁氣冷凍材料之未來發展將指日可期。

關鍵詞：磁氣冷凍材料、替代冷媒、發展潛力

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Research on Future Development Potential of Magnetic Refrigerants

Student: Jen-Wei Cheng Advisor: Dr. Te-Hsuan Chiang

Abstract

With the awakening on the conscience of environmental protection, the refrigerant used in the past, in the refrigeration and air conditioning industries will face extinction. That leads the refrigeration and air conditioning industries to search for and develop innovative technology or material for alternative refrigerants. Hence, the developing potential of industry will be influenced even more so by environmental changes.

The innovative material offered by the properties of magnetic refrigerants to replace the environmentally unfriendly refrigerants possess attributes of energy saving and environmental protection. Through systematic statistical analysis on the three dimensions: attributes of technology, environmental protection, socioeconomic and governmental enactment, this study targeting the units of related refrigeration, air conditioning industries, environmental administrations and academia in Taiwan and Japan for questionnaires probes into the development of the potential for magnetic refrigerants in the future markets. The outcome shows magnetic refrigerants in order to arrive omnibearing development, it must deliberates about international socioeconomic and governmental enactment, effective to execute the conception of environmental protection, strengthens the characteristic of technology, and intensifies each critical factors continuously is also necessary. Furthermore, magnetic refrigerants’ development should concentrate finite resources on the development of maximum influence of critical factors, and combine each sides of the professional science is the best way to expand potential for magnetic refrigerants more effective.

Finally, magnetic refrigerants will achieve the purpose of enter the market forthwith and magnetic refrigerants’ development of potential will be expected soon in the future.

Keywords: Magnetic refrigerants、Substitute refrigerants、Development potential

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誌謝

本論文承蒙恩師蔣德煊教授之悉心指導，研究過程中鼓勵與支持，均給予莫大之啟迪，深感受益良多，在此謹致上由衷的敬意與謝忱。

論文口試及審查期間，承蒙賀力行教授及黃慶隆教授之不吝指教，提供寶貴之建議，使本篇論文疏漏與謬誤得以斧正，內容更為充實，皆是本論文能順利完成之重要因素，在此特別向諸位教授致上最誠摰的謝意。

在學期間，感謝許許多多陪伴我一起努力之師長及同學，使我得以順利完成碩士之學程。

最後謹以本論文獻給我最摰愛父母親及寶蓮，感謝您們在我求學期間對我的支持與無怨無悔的付出，於此由衷表達感謝。

鄭人維謹識於中華科管所

民國93年6月

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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... ..vii

第一章緒論…... .1

1.1 研究背景... .1

1.2 研究動機... .1

1.3 研究目的... .2

1.4 研究限制及範圍... .3

1.5 研究流程... .4

第二章文獻探討... .6

2.1 何謂冷媒... .6

2.2 冷媒循環基本原理... .7

2.3 化合冷媒... .8

2.3.1 CFC ... .8

2.3.2 HCFC ... .10

2.3.3 HFCs ... .11

2.4 自然冷媒... .12

2.4.1 氨冷媒... .12

2.4.2 二氧化碳冷媒... .13

2.4.3 HCs冷媒... .13

2.5 環保公約... .14

2.5.1 維也納公約... .14

2.5.2 蒙特婁議定書... .14

2.5.3 氣候變化綱要公約... .15

第三章磁氣冷凍材料... .17

3.1 磁性材料... .17

(6)

3.2 磁氣冷凍材料作動原理... .19

第四章研究設計... .22

4.1 研究架構... .22

4.2 研究構面之操作型定義及衡量... .23

4.3 研究對象... .. 24

4.4 研究假設... .25

4.5 研究方法... .27

4.5.1 抽樣方法... .27

4.5.2 問卷設計... .25

4.5.3 統計方法... .28

第五章研究分析結果... .37

5.1 樣本結構... .37

5.2 磁氣冷凍材料未來發展關鍵因素之描述性統計分析結果... ...40

5.3 磁氣冷凍材料未來發展之關鍵因素T檢定分析結果 ... .44

5.4 影響磁氣冷凍材料未來發展潛力之關鍵因素迴歸分析果... .46

5.4.1 材料特性對磁氣冷凍材料未來發展潛力影響之分析結果... .47

5.4.2 環境保護對磁氣冷凍材料未來發展潛力影響之分析結果... .47

5.4.3 社會法規對磁氣冷凍材料未來發展潛力影響之分析結果... .48

5.5 材料特性、環境保護、社會法規及磁氣冷凍材料發展潛力間關聯性分析結果... .50

5.6 不同領域學者專家對材料特性、環境保護及社會法規看法異同處之分析結果 ... .51

5.7 不同部門學者專家對材料特性、環境保護及社會法規看法異同處之分析結果 ... .56

第六章結論與建議... .56

6.1 研究結論... .53

6.2 研究建議... .59

參考文獻... .61

附錄... .66

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圖目錄

圖1.1研究流程圖... 5

圖2.1冷媒循環系統圖... 8

圖2.2ODP值比較圖... 9

圖2.3GWP值比較圖... 10

圖2.4HCFC各國使用時程管制圖 ... 11

圖3.1磁氣冷凍原理與氣體冷凍之比較模式圖... 20

圖3.2強磁性體之溫度與對應磁場熵值之變化(S)模式圖... 21

圖4.1研究架構圖... 22

圖4.2分層隨機抽樣示意圖... 27

圖4.3預試問卷回收比例圖... 28

圖5.1總有效問卷回收比例圖... 37

圖5.2服務單位屬性次數分配圖... 39

圖5.3工作年資次數分配圖... 39

圖5.4服務部門次數分配圖... 39

圖5.5職稱別次數分配圖... 40

(8)

表目錄

表4.1研究問卷之項目分析結果表... 30

表4.2因素分析表... 32

表4.3信度分析表... 35

表5.1樣本工作年資結構表... 38

表5.2關鍵因素之描述性統計結果表... 42

表5.3材料特性構面及關鍵因素單一樣本T檢定結果表... 44

表5.4環境保護構面之關鍵因素單一樣本T檢定結果表... 45

表5.5社會法規構面之關鍵因素單一樣本T檢定結果表... 45

表5.6材料特性對磁氣冷凍材料未來發展潛力影響之逐步迴歸分析表... 47

表5.7環境保護對磁氣冷凍材料未來發展潛力影響之逐步迴歸分析表... 48

表5.8社會法規對磁氣冷凍材料未來發展潛力影響之逐步迴歸分析表... 49

表5.9材料特性、環境保護、社會法規及磁氣冷凍材料發展潛力間關聯性分析結果表... 51

表5.10不同領域學者專家對各構面看法之單因子變異數分析結果表... 51

表5.11Post Hoc多重檢定分析結果表... 52

表5.12不同領域學者專家對各構面看法之描述性統計分析表... 53

表5.13不同部門別學者專家對各構面看法之單因子變異數分析結果表... 54

表5.14不同部門別學者專家對各構面看法之描述性統計分析表... 55

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第一章緒論

本研究係探討磁氣冷凍材料未來之發展潛力，本章首先針對研究之議題提出研究背景與研究動機，其次闡述本研究之目的，再則界定本研究之範圍與限制，最後提出本論文之研究流程，以下將依序說明上述所羅列之單元。

1.1 研究背景

近年來，由於工業的發展及經濟的起飛，促使人類享有更優渥的物質享受，相對的地球生態環境卻在人類追求經濟利益行為下，忽略了環境保護的重要意識，每當狀況發生時往往付出可觀的環境生態成本，也衍生出許多錯綜複雜待解決之環保問題。

自西元 1931 年起氟氯碳化合物（ CFCs ）、氫氟氯碳化合物

（ HCFCs）及氫氟碳化合物（ HFCs）等冷媒素材陸續被開發已來，短短數十年之使用結果，已造成了南極上空之臭氧層的破洞、溫室效應、紫外線輻射量增加、冰山溶解而導致海平面上升等環保問題，有鑑於此，世界各國也於 1985 年起陸續簽訂「維也納協定」、「蒙特婁議定書」及「京都議定書」等公約，明令管制會導致地球環境破壞之物質的發展或限用時程【 17】。

地球生態環境遭受破壞已成為事實，面對綠色紀元之到來，企業倘若未善盡環保之責，將會面臨國際社會之制裁及綠色環保團體之輿論，因此，環境管理勢必成為永續經營發展之道，也唯有持續不斷的研發創新，開發更具環保之新型替代冷媒，將是未來相關研究單位所應積極努力之目標。

1.2 研究動機

近年來，由於環保意識之抬頭，人們對於生活環境品質之要求也相對提高，促使相關研發單位於開發新型環保替代冷媒技術時，無不將環境保護理念一併列入研發考量之重點。

(10)

過去所使用之傳統冷媒，如氟氯碳化合物（ CFCs）、氫氟氯碳化合物（ HCFCs）及氫氟碳化合物（ HFCs）等，使用之結果皆會對地球生態環境造成負面之影響，為了使生活環境品質不再持續惡化，世界各國也針對環境保護之議題，陸續擬定出許多符合綠色熱潮之國際性公約，明令頒布各種有害物質之禁用及管制時程，並呼籲世界各國之研發單位，以綠色環保的理念，從事研發、設計、製造及生產更具替代性之環保冷媒技術，以全面汰換舊式之傳統冷媒，緩和和免除傳統冷媒對地球生態所造成之衝擊。

面對綠色工業之新思維，企業唯具前瞻性之願景，以發展綠色環保產品為宗旨，才是永續經營之道，西元 1998 年 Berry & Rondinelli 曾指出，企業應採取預先評估環境責任對企業經營所造成之影響，為了契合此綠色潮流，開發綠色創新技術，以減低環境責任對企業所造成之負面影響，已是各國政府、企業或研發單位於開發新替代冷媒技術之同時，所需審慎考量之重點所在【 22】。磁氣冷凍材料即是面臨產業環境之劇變下，所孕育而生之創新環保產物。

本研究係由磁氣冷凍材料符合環保特性之觀點，探討磁氣冷凍材料之未來發展潛力，並藉由本研究所得之研究成果，提供做為後續研究之參考外，更有助於國內外冷凍空調傳統產業，能儘早因應冷媒替代技術之發展，做好企業未來經營管理政策之規劃。

1.3 研究目的

磁氣冷凍材料係屬環保及省能源之創新材料，除了具備替代冷媒物質之特性外，亦具備商品化開發價值之潛力【46、47】。此材料歷經無數之開發，最近甫經日本學者專家研發成功並舉證出具有商品化之實用價值【 27、46、47】。磁氣冷凍材料的出現不僅為環保替代冷媒開闢出另一新興技術，也為冷凍材料相關產業開創出新的紀元。由於磁氣冷凍材料商品化產品之市場潛力迄今仍屬未知，本研究透過專家訪談方式與近期開發此材料之日本學者、國內外環保及冷凍空調專家，針對磁氣冷凍材料之材料特性、環境保護及社會法規等構面，進行系統性之實證分析，冀望藉由首次系統性之研究分析成果，不僅提供產、官、學等不同領域之學者專家做為後續研究參考外，更期盼有

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助於國內外冷凍空調傳統產業，能儘早因應冷媒替代技術之發展，並做好產品定位、市場規劃與經營方策之展開。本研究所探討之研究目的羅列如下：

一、彙整影響磁氣冷凍材料未來發展潛力之關鍵因素，並就各項關鍵因素之發展程度作ㄧ探討。

二、針對磁氣冷凍材料於未來發展同時，材料特性、環境保護、社會法規等構面及其各項關鍵因素，是否影響磁氣冷凍材料發展潛力，茲將作ㄧ系列之實證研究。

三、探討磁氣冷凍材料未來發展潛力於材料特性、環境保護及社會法規三大構面中，分別受哪些最具影響力之關鍵因素所影響。四、探討材料特性、環境保護、社會法規等構面及磁氣冷凍材料發展

潛力之間關聯性。

五、探討不同領域及不同部門別之學者專家間，對於材料特性、環境保護或社會法規等構面之觀點，是否存在歧見。

1.4 研究限制及範圍

本研究所探討之磁氣冷凍材料係屬尚未趨於成熟發展之新替代冷媒，因受限於人力、時間之限制，且囿於目前已開發之冷媒冷凍材料甚多，為了能有效推估出磁氣冷凍材料之未來發展潛力，因此，本研究僅以氟氯碳化合物（ CFCs）、氫氟氯碳化合物（ HCFCs）及氫氟碳化合物（ HFCs）等三種較為人所熟知之化合冷媒，及氨（ NH3）、二氧化碳（ CO₂）及碳氫化合物（ HCs）等自然冷媒相關文獻進行探討，並據以做為後續磁氣冷凍材料比較參酌之理論基礎；再者，因受限於目前所訂定之國際性的環保公約為數眾多，為了使本研究之理論基礎更為妥適，因此，本研究僅針對維也納公約（ Vienna convention）、

蒙特婁議定書（ Montreal Portocol）及氣候變化綱要公約（Framework Convention on Climate Change）等相關文獻進行深入之探討，進而建立更為嚴峻之觀念性架構。

(12)

1.5 研究流程

本研究旨在探討磁氣冷凍材料之未來發展潛力，依據研究背景及研究動機，導引出本研究之目的，並進一步界定出研究限制及範圍；再針對研究議題及研究目的，深入探討傳統冷媒、一般冷媒運作原理、氟氯碳化合物（ CFCs）、氫氟氯碳化合物（ HCFCs）、氫氟碳化合物（ HFCs）、氨（ NH3）、二氧化碳（ CO2）、碳氫化合物（ HCs）

等冷媒素材、國際性環保公約、磁性材料以及磁氣冷凍材料等相關之文獻，並作一系統性比較及彙整；再則依文獻探討後所得之理論基礎，建構出本研究架構，提出研究之假設，並闡明研究對象與研究方法，且發展出本研究之問卷量表；爾後則進行樣本之取樣，並將回收後之有效研究問卷加以彙整，且進ㄧ步施以統計分析方法，調查、解讀研究問卷之結果；最後則根據研究分析之結果，具體提出研究結論以及建議事項，以供產、官、學等不同領域之學者專家做為後續研究之參考。本研究之研究流程如圖 1.1 所示。

(13)

圖 1.1 研究流程圖研究背景與動機

研究目的

相關文獻探討

研究設計

探討研究分析結果

結論與建議研究限制及範圍

問卷回收、整理、分析

(14)

第二章文獻探討

本章旨在探討冷凍循環的基本原理，氟氯碳化合物（ CFCs）、氫氟氯碳化合物（ HCFCs）、氫氟碳化合物（ HFCs）等化合冷煤，氨

（ NH3）、二氧化碳（ CO2）、碳氫化合物（ HCs）等自然冷煤，以及國際性環保公約等相關文獻，冀望能藉由上述相關文獻之探討，進而了解冷媒冷凍素材之基本作動知識及國際環保動向，俾便做為後續建立本研究架構之理論基礎。

2.1 何謂冷媒

人類自古以來即懂得利用天然冰源或水源，來進行降溫消暑或低溫儲藏食物，直至西元 1910 年第一架冷凍機的問世，使冷媒系統作動成為冷凍空調系統中之關鍵核心技術【 19】，冷媒技術歷經將近一個世紀之發展，已有許多冷媒素材相繼被開發應用，因此，本節將就冷媒之定義作ㄧ說明。

冷凍空調相關產品儼然已成為滿足人類生活需求之重要民生必需品，也是高科技產業發展過程中所倚重之一項重要技術，冷凍空調相關產品中關鍵技術物質－冷媒，係於冷凍空調系統中，作為熱能傳導輸送之關鍵媒介物質，其物理特性呈現氣體狀態時，會產生吸熱作用，物理特性呈現液體狀態時，則會產生放熱作用。冷凍空調系統即是利用冷媒能產生吸熱及放熱作用，於冷凍空調系統中不斷地產生相變化且反覆循環使用之特性，來達成致冷效果，因此，冷媒於冷凍空調系統當中扮演熱能傳遞輸送之重要角色

【 16】。

一項冷媒之良窳理應具備化學特性安定，蒸發之潛熱值要大，蒸發之壓力與凝縮之壓力差要小，不易腐蝕金屬物質，冷氣機能效率比值（ Energy Efficiency Ratio, EER）要大，溫度滑差（Temperature Glide）

要大，性能係數（ Coefficient Of Performance, COP）要大，熱傳能力要好，價廉且易取得之特性，以及對地球生態環境無害等條件，才能視為理想之冷媒【 17、20】。

(15)

惟目前已開發且符合上述種種條件之理想冷媒甚少，相對於環保議題日益受到重視，環境管理理念勢必成為未來趨勢，唯有借重世界各國學者專家之專業知識，開發出新型替代冷媒，將是冷凍空調產業未來永續經營發展之道。

2.2 冷媒循環基本原理

自然界中物質存在著三態，分別為固態、液態及氣態，三態循環中由液態變成氣態，由固態變成液態及由固態變成氣態體，皆會產生吸熱之作用；相對於吸熱作用，倘若相變態由液態變成固態，由氣態變成液態，則會產生放熱作用。一般冷凍空調循環系統之作動原理，即是依三態變化之循環原理而達到控溫效果，欲產生致冷效果，需藉由液態變成氣態，固態變成液態及固態變成氣態等相變態，所產生之吸熱作用，相對於室內較高之室溫，會因熱能被吸收而產生冷房效果；反之，倘若欲產生致暖效果，則需藉由液態變成固態及氣態變成液態等放熱作用，來產生暖房效果。冷媒循環系統即是使冷媒產生三態變化作用，並依吸、放熱原理及熱能由高溫傳至低溫之物理現象，來產生冷暖效果。

冷媒係冷凍空調系統中，熱能傳遞輸送之媒介物，而冷凍空調系統則是由壓縮機、膨脹閥、冷凝器及蒸發器四大關鍵零組件所構成之封閉式冷媒循環系統，其循環系統如圖 2.1 所示，各組件分別負責不同作用，壓縮機提供壓力來源，膨脹閥提供洩壓作用，冷凝器提供冷凝作用，蒸發器則提供蒸發作用。

利用冷媒循環系統中壓縮機產生之壓力源，將冷媒壓縮成高、低壓兩段，經壓縮機壓縮後的高溫高壓氣態冷媒經過冷凝後變成高溫高壓液態冷媒，此變化所產生的放熱效果，會經由冷卻水或空氣所吸收，因此，產生冷房效果；高溫高壓之液態冷媒則經由膨脹閥變成低溫低壓的液態冷媒後，再流入蒸發器中蒸發成低溫低壓之氣態冷媒，液體變氣體之蒸發作用即能產生吸熱降溫效果，經降溫作用後之低溫低壓氣態冷媒，則再透過壓縮機壓縮成高溫高壓氣態冷媒，因此，形成週而復始之冷媒循環系統【 14】。

(16)

圖 2.1 冷媒循環系統圖

2.3 化合冷媒

依據化學屬性來區分冷媒屬性，大致可區分成兩大類，分別是化合冷媒以及自然冷媒，化合冷媒顧名思義即是經過人工化學合成之冷媒，本節將就冷凍、冷藏或空調設備常使用之 CFC、 HCFC 及 HFCs 等化合冷媒予以研究和探討。

2.3.1 CFC 冷媒

1928 年俗稱氟氯昂（ Freon）之氟氯碳化合物（ Chlorofluorocarbons, CFC）冷媒物質被科學家所發明，此冷媒經持續開發後，開發出包括 R-11、 R-12 及 R-502 等多種氟氯碳化合物冷媒，而因 R-12 氟氯碳化合物冷媒之使用量較為多，故本研究係以 R-12 氟氯碳化合物冷媒為例，做為本研究探討比較之論點。

R-12 氟氯碳化合物冷媒之化學式為 CCl₂F₂， CFC 早期之大量使用結果，卻也引發地球生態環境破壞之開始。早期 CFC 被使用做為一般傳統冷媒（ Refrigerant）之原物料， CFC 冷媒之化學性質安定、不易分解且其生命週期可長達 40 至 150 年，工業上大量使用之結果，

膨脹閥

壓縮機 冷凝器蒸發器

液體

氣體

高溫高壓低

溫低壓

放熱吸

熱

(17)

致使大氣中累積為數可觀之 CFC 量，也對地球生態環境造成相當之衝擊。

CFC 冷媒之使用後，會釋放於大氣當中，且其不易分解特性，遇到紫外線照射後，會產生有害之氯（ Cl）原子，氯（ Cl）原子則因與臭氧（ O3）產生化學作用，導致平流層中臭氧層之破壞，造成減少地球外氣層對紫外線的吸收，使紫外線輻照度增加，進而導致人體產生皮膚癌、白內障及免疫系統等病變，以及塑膠、木材、紙及纖維等物質之劣化；相對於 CFC 冷媒對人體或臭氧層所造成之傷害，其使用後所產生的二氧化碳（ CO₂），則會對地球生態造成溫室效應，導致冰山溶解及海平面上升等生態問題。因此，CFC 的大量使用之結果，必定會對地球生態環境造成嚴重之傷害【 38】。

西元 1974 年美國學者羅藍德（ F. S. Rawland）和摩利那（M. J.

Molina）等人以 R-12 系列之 CFC 冷媒為例，所提出之研究報告中指出， CFC 冷媒之臭氧層破壞潛力（ Ozone Depletion Potential, ODP）

值約為 1.0，全球暖化潛力（ Global Warming Potential, GWP）值約為 8500（相當於同質量二氧化碳的 8500 倍），其比較分析如圖 2.2 及圖 2.3 所示【 3】。CFC 冷媒大量使用後之結果，除了會破壞大氣中臭氧層之結構外，亦會對地球造成溫室效應，有鑑於此，世界各國之學者專家也開始著手研擬環保替代方案，研發更具替代性的新型環保冷媒，並依據蒙特婁議定書規範，削減 CFC 冷媒之使用量，且於 1999 年 8 月 31 日止全面停止使用 CFC 冷媒【 24】。

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

CFC HCFC HFC NH3 CO2 HC

圖 2.2 臭氧層破壞潛力（ ODP）值比較圖

冷媒種類 ODP 值

(18)

0 2000 4000 6000 8000 10000

CFC H CFC H FC N H 3 CO 2 H C

圖 2.3 全球暖化潛力（ GWP）值比較圖

CFC 使用後所產生之公害並非短期之內所能平復，要彌補先前對環境所造成之破壞，所需花費之環境管理成本相當高昂，因此，世界各國也陸續通過 CFC 冷媒之禁用時程決議案，決議案之有效落實，無疑是對已受污染之生態環境有莫大之助益。

2.3.2 HCFC 冷媒

HCFC 即氫氟氯碳化合物，自 1936 年起被開發使用已來，已陸續發展出包括 R-123、R-124、R-141、R-142 及 R-22 等多種氫氟氯碳化合物冷媒，其中由於 R-22 氫氟氯碳化合物冷媒應用範圍較為廣泛，因此，本研究係以 R-22 氫氟氯碳化合物冷媒為例，做為本研究探討比較之論點。

HCFC 冷媒之化學式為 CHClF2，早期因 HCFC 冷媒之生命週期較 CFC 冷媒為短，且其化學性質較 CFC 冷媒安定，因此，常被冷凍空調相關產品用來做為替代 CFC 冷媒之用。

因 HCFC 冷媒之臭氧層破壞潛力（ Ozone Depletion Potential, ODP）值約為 0.055，且其全球暖化潛力（ Global Warming Potential, GWP）值約為 1700（相當於同質量二氧化碳的 1700 倍），其臭氧層破壞潛力及全球暖化潛力比較分析結果如圖 2.2 及圖 2.3 所示，且 HCFC 冷媒之化學式中亦具有氯（ Cl）原子，長期大量使用之結果，會對臭氧層造成破壞及產生溫室效應等影響，廣泛使用 HCFC 冷媒之

冷媒種類 GWP 值

(19)

結果，亦會導致人類肝臟發生病變， HCFC 冷媒所製造之環保問題雖相較於 CFC 冷媒小，但對於地球生態環境所造成之負面影響亦是不容忽視。因此，世界各國於西元 1992 年之哥本哈根修正案中，決議將 HCFC 列入控管，並明令 HCFC 冷媒之管制時程， HCFC 冷媒管制時程如圖 2.4 所示，以避免生態持續遭受破壞，並逐步淨化地球之環境

【 22、 24】。

圖 2.4 HCFC 各國使用時程管制圖 2.3.3 HFCs 冷媒

HFCs 即氫氟碳化合物，於西元 1990 年起陸續被開發應用，被開發出之 HFCs 冷媒計有 R-23、R-32、R-125、R-134a 及 R-143a 等多種，

較廣為應用的 R-134a 氫氟碳化合物冷媒，其中由於 R-134a 氫氟碳化合物冷媒應用範圍較為廣泛，因此，本研究係以 R-134a 氫氟碳化合物冷媒為例，做為本研究探討比較之論點。

R-134a 氫氟碳化合物冷媒之化學式為 CH2FCF3，自 CFC 及 HCFC 冷媒被證實對人類健康及生態環境有害後，世界各國為了使我們的環境品質不再持續惡化，遂於 1990 年起開始將 HFCs 冷媒做為 CFC 及 HCFC 冷媒之替代物質，故目前市面上所見之冷凍冷藏設備或空調設施，其循環系統所使用冷媒，大多係屬 HFCs 系列之冷媒。

雖 HFCs 冷媒具無毒及不可然之化學特性，且 HFCs 冷媒之臭氧丹麥及台灣：

2000 年 1 月開始管制

歐盟：

2000 年 10 月開始管制

美國：

2003 年開始管制

蒙特婁議定書： 2004 年 1 月明令管制

日本：

2004 年開始管制

(20)

層破壞潛力（ Ozone Depletion Potential, ODP）值為 0，對大氣中之臭氧層不具破壞性，但 HFCs 冷媒之全球暖化潛力（ Global Warming Potential, GWP）值約卻為 1300（相當於同質量二氧化碳的 1300 倍），

其 ODP 及 GWP 比較分析如圖 2.2 及圖 2.3 所示【 29】，長期大量使用之結果也如同 CFC 及 HCFC 冷媒般，會導致地球產生溫室效應等環保問題；此外，更有英國之學者專家指出， HFCs 冷媒之使用過程，會隨著設備震動而導致冷媒有外洩之虞，倘若 HFCs 冷媒因外洩而逸散於密閉空間內，短時間內將會造成人體失去意識、暈眩、血壓升高及心跳加快等身體病變，不僅造成生態環境之公害，更引起人類身體之病變，因此，西元 1997 年世界各國遂於日本京都共同制定京都議定書，明令公佈包含管制 HFCs 冷媒之禁用時程及協定，以積極之態度來共同維護地球之生態環境【 35】。

2.4 自然冷媒

上一章節已探討人工合成之三種化合冷媒，本單元將針對氨

（ NH₃）、二氧化碳（ CO₂）及碳氫化合物（ HCs）等自然冷媒，進行詳盡之研究及探討，以做為後續比較之理論基礎。

2.4.1 氨冷媒

氨冷媒俗稱阿摩尼亞（ Ammonia），其化學式為 NH3，氨冷媒之臭氧層破壞潛力（ Ozone Depletion Potential, ODP）值為 0，全球暖化潛力（ Global Warming Potential, GWP）值亦為 0，對大氣中之臭氧層不具破壞性，對地球暖化亦無影響，其 ODP 及 GWP 分析比較如圖 2.2 與圖 2.3 所示，但氨冷媒本身具有可燃性、毒性及氣味含刺激性等化學特性，一旦控管不當，導致氨冷媒之大量外洩，除了造成氨氣體之燃燒外，亦會對人體的眼球、皮膚及呼吸系統造成刺激性，甚至會引起中毒或窒息的危險；雖氨對鋼鐵材質之金屬不具腐蝕性，但相對於銅、鋅及錫等金屬，氨卻對其具有腐蝕性，因此，選用氨冷媒所應用設備之金屬材質時，應儘量避免以銅、鋅及錫等金屬為原料【 38】。

氨冷媒之應用雖對臭氧層及地球溫室效應無影響，但氨冷媒之可燃性及毒性仍對環境或人體造成威脅性，因此，冷凍空調設備以氨做

(21)

為冷媒物質之過程當中，應當加以嚴密的控管，加強防洩措施，才不致使氨冷煤對於地球生態環境造成嚴重之傷害。

2.4.2 二氧化碳冷媒

二氧化碳係屬自然冷媒，其化學式為 CO₂，二氧化碳冷媒之臭氧層破壞潛力（ Ozone Depletion Potential, ODP）值為 0，全球暖化潛力

（ Global Warming Potential, GWP）值為 1，ODP 及 GWP 分析比較如圖 2.2 與圖 2.3 所示，因較不會對臭氧層或地球暖化造成衝擊，且二氧化碳冷媒不具可燃性、爆炸性及毒性等化學特性，以及原料之容易取得，成本也較低廉，故曾經被視為是長期替代冷媒的方案之一。但因二氧化碳冷媒使用於冷凍空調系統當中，會造成系統內部之壓力過高且熱傳效率不佳等技術上之問題，因此，二氧化碳冷媒仍有待學者專家進一步研究與突破，期待有昭一日，二氧化碳冷媒能成為新型環保替代冷媒【 7】。

2.4.3 HCs 冷媒

HCs 冷媒學名為碳氫化合物，西元 1990 年起被視為替代傳統化合冷媒之新替代冷媒，其中以 R-290 及 R-600a 等兩系列之 HCs 冷媒，

較廣為被運用於冷凍冷藏或空調設備上。

HCs 冷媒（含 R-290 及 R-600a）不具毒性之化學特性，且其臭氧層破壞潛力（ Ozone Depletion Potential, ODP）值為 0， ODP 分析比較如圖 2.2 所示，不會對大氣中之臭氧層造成破壞，也不會有引發人體中毒之虞；但是 HCs 冷媒之全球暖化潛力（ Global Warming Potential, GWP）值為 3，GWP 分析比較如圖 2.3 所示，且 HCs 冷媒具有極高可燃性之化學性質，長期大量使用之結果，會產生溫室效應之環保問題，且 HCs 冷媒之可燃特性，亦為我門生活的環境帶來極高危險性，一旦控管不當，造成 HCs 冷媒之大量外洩，無疑對生態環境將造成重大威脅。因此，唯有開發比 HCs 冷媒更具環保性之替代冷媒，方為冷凍空調產業永續經營之道【 4】。

(22)

2.5 環保公約

本研究係探討磁氣冷凍材料之未來發展潛力，為了掌握全球環保動向，本單元茲針對維也納公約（ Vienna convention）、蒙特婁議定書（ Montreal Portocol）及氣候變化綱要公約（ Framework Convention on Climate Change）等三大國際性公約，予以探討。

2.5.1 維也納公約（ Vienna convention）

西元 1977 年聯合國環境規劃署（ The United Nations Environment Programme, UNEP）開始警覺到地球臭氧層已遭受破壞，並攸關地球生態之環保問題，倘若不加以防治及改善，將會致使地球之生態產生浩劫，因此，聯合國環境規劃署（ UNEP）遂於西元 1981 年成立臭氧層防護工作小組，進行研擬臭氧層保護之措施及方法。並於西元 1985 年由聯合國環境規劃署（ UNEP）之推動主導下，召集二十八個國家

（美、英、法、日、義、葡、西班牙、澳大利亞、奧地利、加拿大、比利時、瑞典 …等二十八國），於奧地利維也納共同簽署「保護臭氧層維也納公約」（ Vienna convention for the Protection of the Ozone Layer，以下簡稱維也納公約），鼓勵世界各國共同合作研究，以提供更具替代性之新型冷媒技術方案，並要求世界各國即刻制定保護臭氧層之相關法律，共同為地球臭氧層的保護盡一份心力，避免臭氧層破洞持續破壞與擴大，本研究係以維也納公約之核心宗旨【 36】做為本研究之理論基礎。

唯維也納公約僅針對臭氧層破壞之議題提出建議方針，並未對臭氧層已遭破壞之問題，提出具體之管制措施及改善方案，因此，為了彌補維也納公約不足之處，西元 1987 年世界各國另於加拿大蒙特婁召開蒙特婁會議，共同簽署「蒙特婁管制破壞臭氧層物質議定書」

（ Montreal Portocol on Substances that Deplete the Ozone Layer），並承襲維也納公約所提倡保護地球臭氧層之指導原則，為地球之環保問題盡心力【 36】。

2.5.2 蒙特婁議定書（ Montreal Protocol）

自聯合國環境規劃署（ UNEP）召集世界各國簽署維也納公約以

(23)

來，世界各國無不開始留心臭氧層破洞持續惡化之問題，為有效延續維也納公約之環保標的，彌補維也納公約不足之處，西元 1987 年世界二十九個國家於加拿大蒙特婁市，進一步簽署「蒙特婁管制破壞臭氧層物質議定書」（ Montreal Portocol on Substances that Deplete the Ozone Layer，以下簡稱蒙特婁議定書），積極規劃破壞臭氧層物質

（ Ozone Depleting Substance, ODS）之削減及管制時程。蒙特婁議定書所明令列管之物質共包括氟氯碳化合物（ CFC）、氫氟氯碳化合物

（ HCFC）、四氯化碳、三氯乙烷及氫溴氟氯碳化合物（ HBFC）等多種有害物質，預計於西元 1996 年完全削減 CFC 之使用量，西元 2030 年完全削減 HCFC 之使用量。蒙特婁議定書文中呼籲世界各國隨時掌握綠色環保潮流，鼓勵政府、產業界與研究單位間合作，共同開發以環保為訴求之替代冷媒，因此，蒙特婁議定書係扮演著維護地球環保之重要推手。

蒙特婁議定書簽署迄今已有十七年之久，亦陸續召開了十四次締約國大會（暨維也納公約第六次締約國大會），世界已將近有兩百多個國家成為蒙特婁議定書之締約國，由此可知，蒙特婁議定書儼然已成為最具影響力之國際性環保公約，各國於制定相關環境保護條約時，皆會依據蒙特婁議定書所倡導之環保及替代技術政策為依歸，做為立法之參考。因此，本研究係依蒙特婁議定書所秉持之理念【 36】，

做為本研究之理論基礎。

2.5.3 氣候變化綱要公約（ Framework Convention on Climate Change）

由於工業革命之影響，人類促使經濟進步的同時，也漠視了地球生態之平衡問題，導致全球氣候的劇變，二氧化碳含量劇增，產生溫室效應以及造成海平面之上升等迫切性之環保問題，為有效解決地球氣候之變遷，西元 1992 年來自聯合國（ United Nations）一百五十四個會員國，於美國紐約共同簽署「聯合國氣候變化綱要公約」（ The United Nations Framework Convention on Climate Change, UNFCCC，

以下簡稱氣候變化綱要公約），針對影響地球氣候暖化變遷之物質，明令規劃減量控管之機制，使大氣中已產生的溫室氣體，不至於持續惡化，轉變成為更嚴重之公害，以有效減輕地球生態環境之負面影

(24)

響，並善盡維護地球環保之責任。

氣候變化綱要公約之宗旨係針對全球性之氣候變遷議題，鼓勵世界各國能協同開發具環保替代性之冷媒技術，並期待人類於追求經濟發展之同時，必須兼顧起環境保護之社會責任。因此，氣候變化綱要公約所提倡之環保政策【 13】係為本研究所探討之理論基礎。

(25)

第三章磁氣冷凍材料

本章旨在探討磁氣冷凍材料之作動過程，首先探討基礎之磁氣性質，再則探討磁氣冷凍材料之作動原理，做為後續研究之參考依據。

3.1 基礎之磁氣性質

有關磁氣之現象係人類很早以前即知悉之一物理現象。於西元前數世紀時即已發現存在於能吸附鐵之天然永久磁鐵（磁鐵礦－ Fe3O3）中。並於西元前 800 年記載於希臘之史書，在中國初期亦命名為『慈石』，這是現代磁石之起源。爾後經歷一段時期，其科學上之意義卻完全未被認知，直到使用在羅盤上後，此物質才正式成為最初實用之磁性材料。隨著文明與科技之發展腳步，磁性材料之應用已從可長期產生磁場之永久磁鐵，易磁化之磁蕊材料，進入現今可供磁性存錄之磁性材料與具有特殊功能之磁性材料，例如磁性流體材料、磁致伸縮材料、磁阻材料及本研究所論述之磁氣冷凍材料等【 39、 40】。

所有物質均由原子所構成，而原子又由原子核與電子所構成。帶有負電荷之電子則環繞原子核進行軌道運動與自旋運動，加上不同類別之電子進行既有之運動與其磁矩對應或進行交換相互作用而產生磁性【 40、45】。一般磁性物質之磁氣秩序度係由具有原子程度大小之原子磁石所形成，秩序狀態係依原子磁石之南北（ NS）極方向，即依磁矩之方向作分類。目前所知磁氣秩序計有磁矩全都自發性地朝同樣方向之鐵磁性、相同大小之磁矩彼此相鄰其排列依反平行方向之反鐵磁性及大小不同之磁矩相互間呈反平行方向排列之亞鐵磁性等種類。一般依其磁場大小、方向及材料特性之區別，大致可分為五大類別【 39、 40、45】，各類別之磁性材料詳述如下：

一、順磁性 (Paramagnetic)材料

順磁性材料係於無外加磁場之影響狀態下，其材料因自身既存之磁矩，呈現失序之排列狀態，導致其材料內部總磁矩為零。但是，給予此材料一外加磁場時，則其自身既存之磁矩排

(26)

列狀態，則會呈現同一偏向與外加磁場呈平行之方向，唯與鐵磁性材料相比較其磁性顯示非常地微弱。

二、鐵磁性 (Ferromagnetic)材料

鐵磁性材料又稱為強磁性材料。最常見之磁性元素為鐵

（ Fe）、鎳（ Ni）與鈷（ Co），這些屬於鐵磁性物質。此類物質當無外加磁場之影響情況下，其材料內部單一磁區內之原子磁矩排列，呈現方向一致且排列整齊之狀態，雖各磁區內之原子磁矩排列方向一致，但所有磁區之排列方式卻未必相同，因此，其材料內部總磁矩亦為零，對外仍無法產生磁性；但給予此材料一外加磁場時，此材料之磁性特性則能立即被反應出來，形成自發磁化狀態，顯示非常強之磁性。當達到居里溫度

（ Curie temperature）時，由於熱運動之影響而不具磁性。三、抗磁性 (Diamagnetic)材料

抗磁性材料之磁化率為負值，當給予一外加磁場之作用後，此材料會對外加磁場產生抗磁之現象，且抗磁性材料之磁場方向會呈現與外加磁場相反，目前有多種抗磁性材料，包括金屬、非金屬、惰性氣體、有機化合物及超導體等。

四、亞鐵磁性 (Ferrimgnetic)材料

亞鐵磁性材料係給予一外加磁場之作用下，其材料內部之磁矩結構與鐵磁性物質相同，因此，亞鐵磁性材料與鐵磁性材料所產生之磁性相當雷同，只是亞鐵磁性材料與鐵磁性材料內部磁矩排列狀態呈現相反狀態，且其磁矩大小不相等，亞鐵磁性即是經由相反磁矩之相互抵消後，所殘餘之鐵磁性。

五、反鐵磁性 (Anti-ferromagnetic)材料

反鐵磁性材料內部磁矩大小相等且排列狀態呈現相反狀態互相抵消整體不具備自發磁化。此材料存在ㄧ臨界溫度（ Neel 溫度），當溫度大於臨界溫度時，反鐵磁性材料與順磁性物質

(27)

之磁化率與溫度間關係會產生相似之反應；當溫度小於臨界溫度時，反鐵磁性材料之磁化率會因溫度之下降而變小，並逐漸趨向穩定狀態；當反鐵磁性材料處於溫度等於臨界溫度之狀態下時，其磁化率將會呈現出最大值之反應。

3.2 磁氣冷凍材料作動原理

基於環保意識的抬頭，企業為追求永續經營發展，無不積極研發創新環保素材，磁氣冷凍材料即居於環保觀點，近年來由日本東北大學深道和明博士所引導之研發團隊，成功地共同研發出來之創新冷凍素材。此磁氣冷凍材料係應用磁性體的磁性轉移與印加磁場所產生之磁氣熵（entropy）變化來達成冷凍原理，其作動循環的原理如圖 3.1 所示【 27、 44】。

圖 3.1 係磁氣冷凍原理與氣體冷凍之比較模式，由圖中可知氣體之冷凍原理係利用壓縮機將冷媒壓縮成高溫高壓之氣態冷媒，隨後傳送至冷凝器冷卻成低溫高壓之液態冷媒同時將熱量排出，並使熵值降低。另外，膨脹閥與蒸發器則將液態冷媒急速氣化成低壓高溫之氣態冷媒，使熵值增大並同步地進行吸熱作用，造成致冷效果，最後再將低壓高溫之氣態冷媒送回壓縮機形成一個冷凍循環週期。因此，氣體冷凍中最重要的關鍵係藉由內部關鍵零組件間之運作，並伴隨著氣體 -液體間之潛熱狀態變化，即利用一次相變態，來進行整體之冷凍循環過程。

相對於氣體冷凍循環原理，磁氣冷凍係利用磁性材料（如鉭＋鐵

＋矽之化合物磁性材料）中具有磁氣秩序狀態與失去磁氣秩序狀態間之相變態所產生之熵值變化，同時利用添加氣體元素控制磁性物質之相變態溫度，進行整體之冷卻循環作用。

(28)

圖 3.1 磁氣冷凍原理與氣體冷凍之比較模式圖【 27、 42】

圖 3.2 係鐵磁性物質之溫度 (△ T)與對應磁場熵 (entropy)值之變化 (△ S)模式圖。當低溫時磁性物質產生自發磁化而呈現鐵磁性，磁氣熵 (entropy)則處於低值狀態，隨著溫度上昇，自發磁化持續減少，磁氣熵 (entropy) 也不斷地增加，最後當溫度達居里溫度（ Curie temperature）時，鐵磁性移轉為順磁性狀態，磁氣熵值 (entropy)則呈現最大值。隨著外部磁場之印加，磁矩則開始進行排列，因此，當外部磁場印加時，△ S－ △ T 曲線比無磁場時之曲線位置還要低。倘若將磁性物質保持於 T2溫度，同時外部印加磁場從 H=0 變化至 H≠ 0，則如圖 3.2 (1)線中所示產生等溫熵 △ S 之變化。隨後，將磁性物質與外部進行熱交換，而迅速斷熱將磁場回復至零（ H=0）時，如(2)線中所示熵之變化值變為零（ △ S=0），且返回 T1溫度及無磁場之熵曲線上。

此熵值 △ S 變化與斷熱溫度變化 △ T 總稱為磁氣熱量效果，以潛熱值

（ kj/kg）表示，係磁氣冷凍之冷卻能力指標之ㄧ【 27、 44】。

壓縮機（壓力）

氣體放熱液體

冷卻

氟

放熱

冷卻

鉭+鐵+矽

蒸發

永久磁石（磁力）

Meta磁

有磁氣無磁

吸熱

放熱

(29)

圖 3.2 鐵磁性體之溫度（ △ T）與對應磁場熵值之變化 (△ S)模式圖

【 27】

本研究之磁氣冷凍材料 90%以上係屬於鐵（ Fe）、矽（ Si）及鉭

（ La）元素所合成，鉭（ La）元素係屬希土類金屬【 27】，應用於家電設備或其他冷凍裝置時，其除了具有備良好之材料特性外，使用或回收時對人體及環境無害，且 Fe、Si 及 La 金屬元素之蘊藏量豐富且價格便宜，使得製造單價成本相對低廉，係創新冷凍材料未來進行商品化之重要優勢所在。

順

鐵

T 2

T ₁

(T) S 2

S 1

(S)

(30)

第四章研究設計

本章節係探討本研究整體研究設計之過程，經上述研究背景、研究動機、研究目的、研究限制以及相關文獻探討後，提出本研究之理論基礎，建構出本研究之架構，界定研究之對象，確立研究之假設，並施以研究之方法進行一系列實證分析，研究設計過程詳如下述。

4.1 研究架構

本研究係探討磁氣冷凍材料之未來發展潛力，經相關文獻探討後，歸納出影響磁氣冷凍材料未來發展潛力之各項關鍵因素，並以材料特性、環境保護及社會法規等三大構面為理論基礎，建構出本研究之架構，本研究之架構如圖 4.1 所示。

圖 4.1 研究架構圖

首先探討材料特性、環境保護及社會法規等各個構面，是否影響材料特性

關鍵因素

逐步迴歸分

環境保護

關鍵因素

逐步迴歸分

單一樣本 T 檢定單一樣本 T 檢定

單一樣本 T 檢

不同領域及部門之學者

變異數分

(31)

磁氣冷凍材料未來發展潛力；再則歸納出各個構面中最具影響力之關鍵因素；隨後探討材料特性、環境保護、社會法規等構面及磁氣冷凍材料未來發展潛力之間關聯性；最後則探討不同領域或不同部門之學者專家們對於材料特性、環境保護及社會法規等三構面之間的看法，是否存有顯著性差異。

4.2 研究構面之操作型定義及衡量

本節茲就材料特性、環境保護及社會法規等三大構面，以及磁氣冷凍材料未來發展潛力，分別進行操作型之定義及訂定衡量指標，俾便後續實證分析之研究，定義內容詳述如下。

一、材料特性構面

本研究之材料特性構面係指影響磁氣冷凍材料未來市場發展潛力，較關鍵冷凍基本定理、冷媒之物理及化學特性等種種因素而言，依一般冷凍材料特性為參考之基準，針對磁氣冷凍材料之材料特性提出影響其未來發展潛力之關鍵因素，涵蓋溫度滑差

（ Temperature Glide）、冷氣機能效率比值（ EER）、潛熱值、作業溫度範圍、性能係數（ Coefficient Of Performance）、冷卻能率（ Refrigeration Capacity）、熱傳能力、磁氣冷凍材料取得容易、磁氣冷凍材料操作危險性、磁氣冷凍材料無須經化學合成、磁氣冷凍材料來源無虞、磁氣冷凍材料生命週期較長、磁氣冷凍材料更安定特性、磁氣冷凍材料單一化之設計、臨界溫度、臨界壓力、不可燃特性、無毒特性、無爆炸特性（ Non-Explosive）、無腐蝕特性及省能源特性等二十項因素。並將上述各項關鍵因素彙整於研究問卷中，俾便後續研究分析之進行。

二、環境保護構面

本研究之環境保護構面係指磁氣冷凍材料使用過程中，其相較於一般傳統冷媒，對地球生態環境或人體健康較不易引起負面影響之各項關鍵因素而言，其中包括減少傳統冷媒之洩漏問題、低噪音特性、減少資源浪費、對人體健康無害、使紫外線

（ Ultraviolet, UV）之輻射量減少、廢棄資源易處理特性、總等

(32)

價溫暖化效應（ TEWI）、降低全球暖化潛力（ GWP）、降低臭氧層破壞潛力（ ODP）、增長產品生命週期、減輕海平面上升問題、廢棄磁氣冷凍材料再利用特性、減少空氣污染及減低物質（如塑膠、木材、纖維等）的劣化等十五項要素。

三、社會法規構面

本研究之社會法規構面係指悠關磁氣冷凍材料發展成為新型環保替代冷媒之各項國際性環保公約、研討會或規範而言，範圍包含臭氧層保護法、特定化學物質之環境排放量及管理改善法、環保標章制度、蒙特婁議定書、京都議定書、國際性環保公約、國際性環保研討會、冷凍材料之再生回收法、倡導綠色工業、

氣候變化公約、環保認證制度、提供資金給氣候變遷相關計劃、鼓勵開發中國家參與氣候變遷議題、擴大研究與環境相關科學及技術的發展、全球環保意識之抬頭等十五項關鍵因素。

四、磁氣冷凍材料未來發展潛力

本研究之磁氣冷凍材料未來發展潛力係指磁氣冷凍材料之應用條件是否優異，磁氣冷凍材料發展前景是否廣為看好，以及磁氣冷凍材料是否具有無窮之開發潛力等各項攸關磁氣冷凍材料，所潛藏之市場商機而言。

4.3 研究對象

本研究所探討之磁氣冷凍材料係由日本東北大學深道和明博士之研發團隊，於西元 2002 年所成功研發含有鐵（ Fe）、矽（ Si）及鉭（ La）等元素所組成之化合物而成【 20】，因受限於磁氣冷凍材料係一尚處於萌芽期之新興冷凍材料，致使磁氣冷凍材料相關知識並未普及於社會大眾，為有效增進本研究成果之貢獻度，因此，本研究係以台灣及日本之產業界、學術研究界及環保單位等三大領域，對冷媒材料及冷凍基本原理等專業素養具相當程度見解之學者專家，做為本研究取樣之研究對象。

(33)

4.4 研究假設

本節係針對研究目的及研究架構所衍生之研究議題，提出具體之研究假設，並且進行一系列之實證分析。本研究之問卷採用之李克特五點量表模式呈現，5 分表示極高的認同程度，4 分表示高認同程度， 3 分表示中等認同程度，2 分表示低認同程度，1 分表示極低的認同程度。為了探討材料特性、環境保護、社會法規等構面及各構面中之各項關鍵因素，對磁氣冷凍材料未來發展潛力是否具有影響力，因此，提出研究假設 1 至假設 6，以 4.0 分（高認同程度）為檢定值，施以單一樣本 T 檢定（One sample T-test），驗證材料特性、環境保護、社會法規等各構面及其關鍵因素，是否對磁氣冷凍材料未來發展潛力具顯著之影響力，研究假設 1 至假設 6 詳述如下。

H1：材料特性構面中各關鍵因素對磁氣冷凍材料未來發展潛力不具顯著影響力。

H2：材料特性構面對磁氣冷凍材料未來發展潛力不具顯著影響力。 H3：環境保護構面中各關鍵因素對磁氣冷凍材料未來發展潛力不具顯

著影響力。

H4：環境保護構面對磁氣冷凍材料未來發展潛力不具顯著影響力。 H5：社會法規構面中各關鍵因素對磁氣冷凍材料未來發展潛力不具顯

著影響力。

H6：社會法規構面對磁氣冷凍材料未來發展潛力不具顯著影響力。為了探討影響磁氣冷凍材料未來發展潛力之材料特性、環境保護及社會法規等構面，以及磁氣冷凍材料未來發展潛力之間，是否具有顯著之關聯性，因此，提出研究假設 7 ，並據以實施相關分析

（ Correlation analysis），驗證其間之相關性，研究假設 7 詳述如下。 H7：影響磁氣冷凍材料未來發展潛力之各構面觀點間無顯著相關性。 H7.1：材料特性與環境保護構面間無顯著相關性。

(34)

H7.2：材料特性與社會法規構面間無顯著相關性。 H7.3：環境保護與社會法規構面間無顯著相關性。

H7.4：材料特性與磁氣冷凍材料發展潛力構面間無顯著相關性。 H7.5：環境保護與磁氣冷凍材料發展潛力構面間無顯著相關性。 H7.6：社會法規與磁氣冷凍材料發展潛力構面間無顯著相關性。

為了探討所屬不同領域及不同部門別之學者專家，對於影響磁氣冷凍材料之材料特性、環境保護及社會法規等三大構面之看法，是否具有顯著之差異性，因此，提出研究假設 8 與假設 9，並施以單因子變異數分析（ One way ANOVA），驗證不同領域及不同部門別學者專家間觀點之差異性，研究假設 8 與假設 9 詳述如下。

H8：不同領域學者專家對於影響磁氣冷凍材料未來發展潛力之三大構面看法相同。

H8.1：不同領域學者專家對於影響磁氣冷凍材料未來發展潛力之材料特性構面看法相同。

H8.2：不同領域學者專家對於影響磁氣冷凍材料未來發展潛力之環境保護構面看法相同。

H8.3：不同領域學者專家對於影響磁氣冷凍材料未來發展潛力之社會法規構面看法相同。

H9：不同部門學者專家對於影響磁氣冷凍材料未來發展潛力之三大構面看法相同。

H9.1：不同部門學者專家對於影響磁氣冷凍材料未來發展潛力之材料特性構面看法相同。

H9.2：不同部門學者專家對於影響磁氣冷凍材料未來發展潛力之環境保護構面看法相同。

(35)

H9.3：不同部門學者專家對於影響磁氣冷凍材料未來發展潛力之社會法規構面看法相同。

4.5 研究方法

本研究為明確地瞭解磁氣冷凍材料之未來發展潛力，於建立研究架構之後，採以問卷調查法方式，利用自編之研究問卷進行抽樣調查，並運用適用之統計方法，進行系統性之實證分析，茲將研究方法分述如下。

4.5.1 抽樣方法

本研究所探討之磁氣冷凍材料未來發展潛力係屬探索性研究，為了能充分地反映出研究之成果，因此，本研究採分層隨機抽樣

（ Stratifies random sampling）方式進行取樣【 15】，分層隨機抽樣之抽樣準則係各層面間彼此相互獨立，且無顯著關連性，各層之內所涵蓋樣本間差異性較小，層與層之間的樣本差異性較大等特性，分層隨機抽樣之示意圖如圖 4.2 所示。

圖 4.2 分層隨機抽樣示意圖

母體樣本

學術研究單位 A1 A2 A3 A4

環保單位 B1 B2 B3 B4

產業界 C1 C2 C3 C4

A1 A3 A4

A5 A6 B2 B4 B7

B8

C2 C5 C6

C7 C8

抽

A 層

B 層

C 層

(36)

依 Cochran 所提出之理論基礎，建議分層以不超過六層者為最適化分層，為了使本研究之分析結果能充分反映出磁氣冷凍材料未來發展潛力之實際狀況，因此，本研究以不同職業屬性有其不同專業知識素養為分層之基礎，並依 Cochran 所提出分層不超過六層最為合理化為依歸，將取樣對象依不同職業屬性區分成學術研究界、產業界及環保單位等三層，再進行取樣之過程【 6】。

4.5.2 問卷設計

本研究以材料特性、環境保護及社會法規等三構面為理論基礎，探討磁氣冷凍材料未來發展潛力，經相關文獻之探討羅列出影響磁氣冷凍材料未來發展潛力之各項關鍵因素後，依李克特（ Likert）五點量表呈現方式【 6】，5 分表示極高的認同程度，4 分表示高認同程度， 3 分表示中等認同程度，2 分表示低認同程度，1 分表示極低的認同程度，設計本研究之預試問卷（ Pretest scale）。本研究預試問卷（如附錄二所示）共發放 50 份進行施測，回收 32 份，扣除無效問卷 4 份後，

剩餘 28 份有效問卷數，預試有效問卷回收率為 56﹪ ，預試問卷回收比例如圖 4.3 所示，預試問卷經項目分析、信度分析及效度分析後，修正彙整預試之問卷內容，最後則將完整之研究問卷定稿（如附錄三所示），並進行全面性之取樣。

圖 4.3 預試問卷回收比例圖 4.5.3 統計方法

本研究所使用之統計方法共計有八種，包含項目分析（ Item analysis）、效度分析（ Validity）、信度分析（ Reliability）、描述性

56%

44%

有效問卷無效問卷

(37)

統計分析（ Descriptive statistics）、單一樣本 T 檢定（ One sample T-test ）、迴歸分析（ Regression analysis ）、相關分析（ Correlation analysis）及變異數分析（ Analysis of variance, ANOVA），各統計方法之分析步驟詳述如下。

一、項目分析（ Item analysis）

項目分析係基於每一個研究題項皆具相同量值之前提下，針對預試量表所有題目做篩選動作的分析方法，本研究即是運用項目分析方法來檢測預試問卷所有問項之合適性與否。利用各題與總分之相關分析，來鑑別問卷題項之適切與否，不具顯著水準者予以刪除；或另以區分力（ Power of discrimination）來評估題項存留與否，以 Green 和 Edwards 所訂定之決斷值（ Critical ratio, CR）做為評估之依據【 6、 8】，區分力較佳者則續留，區分力較差之項目則刪除之，其決斷值關係式如下所示：

( )

⎟⎟⎠

⎜⎜ ⎞

⎝ +⎛

⎟⎟⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛

= −

L L H

H L H

N S N

S X CR X

2 2

X

H 表總分前 25﹪ 高分組於某題得分之平均數

X 表總分後 25﹪ 低分組於某題得分之平均數

L

S

H 表高分組之標準差

S

L 表低分組之標準差

有鑑於本文係屬探索性研究，為使本研究之問卷能更合乎嚴謹性，因此，利用兩種項目分析方法之互補特性，做為問卷題項刪存之依據，所有題項經由兩種項目分析方法分析後，倘若有任一分析結果呈現不具顯著水準者，則將該題項予以刪除，保留最合適之題項。

項目分析之結果如表 4.1 所示，分析結果顯示，第 4、6、8、

題目：磁氣冷凍材料未來發展潛力之研究

中 華 大 學 碩 士 論 文