熱管是一種高熱傳導性的移熱裝置，它主要是利用內部工作流體在相變化時所具有的潛熱來傳送熱量，在操作溫度範圍內進行雙相熱傳來傳遞大量熱能的工具，因此可稱為熱的超導體(super conductor)。
利用熱管將主要發熱源產生的熱量傳到外部，除了有效解決小空間散熱的問題，同時兼顧到無噪音、不須提供額外能量的優點。所以目前熱管普遍應用於電器、電子零件的冷卻應用，其所應用的範圍非常廣泛。因此準確量測熱管的性能就變的非常重要。
本研究主要的目的為分析「熱管性能量測平台」的冷凝部各參數對於熱管性能量測準確度的影響。分別針對熱管性能量測平台之熱損失及內熱阻量測模式做探討；對於冷凝端水冷結構重新設計，以有效的提升冷凝部的移熱效率，減少量測過程中的熱損失，將熱管性能量測平台之熱損失控制在10%以內，並且準確的量測冷凝部內熱管溫度及熱管本身的內熱阻，以增加熱管性能測試的準確性。
此外，建立一套TEC Controller(熱電致冷器溫度控制機台)設備，將熱電致冷器(TE Cooler)運用在熱管性能測試平台冷凝部，可以精準並快速的對於冷凝部及絕熱部做溫控，以縮短實驗的時間並提昇熱管性能量測的準確性。


關鍵字: 熱管、熱損失、最大熱傳量、熱電致冷器

Heat pipe is a device of high heat-conduction. It mainly uses inside fluid to convey heat energy while the phase is changing. It’s a tool which can transmit a large amount of heat energy in operating temperature while phase is changing. Therefore, heat pipe also named the superconductor.
Using heat pipe transmit the heat energy of the heater source to outside, it is not only solving the problem of heat elimination in small space but also noiseless, and it does not need to offer extra energy. Heat pipe is presently applying to the cooling of the electric equipment, and it uses extremely extensively. So, it’s very important to measure the performance of heat pipe.
The major purpose of this study analysis the condenser parameters of Heat Pipe Performance Test Instrument (HPPTI) which affects the accuracy of the heat pipe performance. The study is aimed at discussing with the heat loss problems of HPPTI and the model of thermal resistance. Improving the section of water-cooling structure could increase the efficiency of heat remove, and reduce the heat loss problem in measuring process. It also could keep the heat loss of HPPTI under 10% and accurately measure the temperature inside the heat pipe and the thermal resistance in the condenser. Hence, it could increase the accuracy of HPPTI.
Moreover, setting up an equipment named ” TEC controller ” (Thermoelectric Cooling Chip Controller) to measure the condenser section of HPPTI, which can exactly control the temperature in adiabatic section and condenser section. Therefore, it is effective to reduce the experimenting time and increase the accuracy of HPPTI.

Key word: Heat Pipe、heat loss、Maximum Heat Transfer 、Thermoelectric Cooling Chip

目錄

摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 x

第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2 研究動機 4
1.3文獻回顧 6
第二章 實驗理論簡介 12
2.1熱管性能測試 12
2.1.1熱管性能量測平台測試方法與原理 12
2.1.2熱管性能量測平台熱損失量測理論模式 13
2.1.3熱管性能量測平台之熱阻值理論模式 15
2.1.4熱管性能量測平台冷凝部溫度量測理論模式 16
2.2熱管軸向熱傳理論模式 17
2.3以熱電致冷器運用在熱管性能量測平台之冷凝部 19
2.3.1熱電致冷器致動原理 19
2.3.2熱電致冷器之性能量測模式 20
2.3.3熱電致冷器控制器(TEC Controller) 22
2.3.4將熱電致冷器運用在熱管性能量測平台 23
第三章 實驗設備與方法 25
3.1熱管性能測試系統 26
3.2 熱管性能量測平台蒸發部加熱模式 28
3.2.1實驗設備設計 28
3.2.2熱管性能量測平台之標準實驗步驟 31
3.3 熱管性能量測平台冷凝部溫度量測模式 33
3.3.1實驗設備設計 33
3.3.2 實驗步驟 35
3.4 熱管性能量測平台熱損失量測模式 36
3.4.1實驗設備設計 36
3.4.2 實驗步驟 38
3.5 熱電致冷器之性能曲線測試 38
3.5.1實驗設備設計 38
3.5.2 實驗步驟 40
3.6 將熱電致冷器運用在熱管性能量測平台之冷凝部 43
3.6.1實驗設備設計 43
3.6.2 實驗步驟 44
第四章 實驗結果與討論 46
4.1熱管性能量測平台之熱管冷凝部溫度量測與熱阻值量測實驗結果 47
4.2冷凝部之冷卻水流量與熱損失關係實驗結果 55
4.3熱電致冷器性能曲線測試結果 58
4.3.1熱電致冷器熱端熱移量測試實驗結果 59
4.3.2以能量守恆定理驗證熱電致冷器性能量測系統實驗結果 61
4.3.3熱電致冷器之性能曲線測試實驗結果 63
4.4將熱電致冷器運用於熱管性能測試平台之冷凝部實驗結果 66
第五章 結論 71
參考文獻 73

圖目錄

圖1 . 1熱管結構示意圖 2
圖1 . 2 熱管作動原理示意圖 3
圖1 . 3全開式毛細鰭片之結構 9
圖1 . 4半開式毛細鰭片之結構 9
圖2. 1標準熱管性能測試結果 13
圖2. 2冷凝部裝置示意圖 14
圖2. 3熱阻值量測模式示意圖 16
圖2. 4熱電偶水平接觸位置示意圖 17
圖2. 5熱電偶垂直接觸位置示意圖 17
圖2. 6工作流體為水時之最大熱傳量限制 18
圖2. 7熱電致冷器致動原理示意圖 19
圖2. 8熱電致冷器結構示意圖 20
圖2. 9熱電致冷器能量守恆模式 21
圖2. 10熱電致冷器性能曲線圖 21
圖2.11 TEC Controller實體圖 22
圖2. 12將熱電致冷器運用在熱管性能量測系統圖 23
圖3. 1熱管截面示意圖 26
圖3. 2熱管性能量測平台正面實體圖 27
圖3. 3熱管性能測試系統示意圖 28
圖3. 4熱管性能測試之蒸發部裝置示意圖 29
圖3. 5蒸發部熱電偶4點的位置示意圖 31
圖3.6熱管性能量測平台熱電偶裝置示意圖 32
圖3. 7熱管性能量測流程圖 32
圖3. 8冷凝部垂直接觸裝置示意圖 33
圖3. 9冷凝部水平接觸裝置示意圖 34
圖3. 10新冷凝水套垂直量測示意圖 34
圖3. 11熱管性能量測平台之冷凝部實體圖 37
圖3. 12冷凝部裝置示意圖 37
圖3. 13實驗所用之熱電致冷器實圖 39
圖3. 14 TEC控制器實體圖 40
圖3. 15熱電致冷器性能測試實驗示意圖 42
圖3. 16熱電致冷器性能測試實驗實圖 42
圖3. 17散熱端冷卻水套圖 43
圖3. 18熱電致冷器與測溫銅塊設置圖 43
圖3. 19新冷凝部治具規格圖 44
圖3. 20將熱電致冷器運用在熱管性能量測平台示意圖 45
圖4 . 1冷凝部垂直接觸裝置實體圖 47
圖4 . 2冷凝部水平接觸裝置實體圖 48
圖4 . 3新冷凝水套治具實圖 48
圖4 . 4新水套實際應用於冷凝部示意圖 49
圖4 . 5水平量測模式操作溫度在40°C蒸發部溫度分部曲線 51
圖4 . 6垂直量測模式操作溫度在40°C蒸發部溫度分部曲線 51
圖4 . 7新水套量測模式操作溫度在40°C蒸發部溫度分部曲線 51
圖4 . 8比較三種量測方式之冷凝部溫度差異曲線圖 52
圖4 . 9水平量測與新水套量測之溫度曲線比較 54
圖4 . 10新水套修正後的冷凝部溫度 54
圖4 . 11重複性實驗之相對誤差分布圖 57
圖4 . 12不同冷卻水流與熱損失關係曲線圖 58
圖4 . 13量測上端冷卻水套之熱損失實驗圖 60
圖4 . 14加熱功率60W熱損失實驗曲線 61
圖4 . 15熱電致冷器性能測試實驗實圖 62
圖4 . 16不同的加熱功率下理論值與實驗值之誤差百分比曲線63
圖4 . 17熱電致冷器之性能曲線圖 66
圖4 . 18新冷凝部治具結構與實體圖 67
圖4 . 19新冷凝部治具架設在熱管性能量測平台之實體圖 67
圖4 . 20加熱功率與絕熱部溫度分部圖 68
圖4 . 21加熱功率與絕熱部溫度分部圖(重複性) 69

表目錄

表3. 1實驗之熱管參數 25
表3. 1熱電致冷器之規格 39
表4. 1水平量測之數據 50
表4. 2垂直量測之數據 50
表4. 3新水套量測之數據 50
表4. 4冷凝部量測方式不同之差異性比較 52
表4. 5比較三種不同量測模式之熱阻值計算結果 53
表4. 6新水套量測方式經修正式熱阻值與水平量測之實驗結果比較 54
表4. 7加熱功率20W時之熱損失重複性實驗 56
表4. 8加熱功率30W時之熱損失重複性實驗 56
表4. 9加熱功率35W時之熱損失重複性實驗 57
表4. 10加熱功率60W熱損失量測之實驗結果 60
表4. 11在不同的加熱功率下比較Qout理論值與實驗值之差異 62
表4. 12 I=0.5A、V=1.2V、Win=0.6W 64
表4. 13 I=1.0A、V=3.0V、Win=3.0W 64
表4. 14 I=1.5A、V=4.0V、Win=6.0W 64
表4. 15 I=2.0A、V=5.6V、Win=11.5W 64
表4. 16 I=2.5A、V=7.3V、Win=18.25W 65
表4. 17 I=3.0A、V=9.14V、Win=27.42W 65
表4. 18 I=3.5A、V=11.24V、Win=39.34W 65
表4. 19 I=3.8A、V=12.67V、Win=48.2W 65
表4. 20不同功率之各點實驗參數 68
表4. 21不同功率之各點實驗參數(重複性) 69

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