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序言


歷史回顧熱電致冷晶片(Thermoelectric Cooling Module)及溫差發電晶片(Thermoelectric Power generating Module)的理論基礎早在19世紀初即被科學家發現。西元1821年(約190年前)德國科學家Thomas Johann Seebeck (1770-1831)發佈塞貝克效應(Seeback Effect),此效應為日後研發溫差發電晶片的基礎。隨後不久(1834),法國錶匠Jean Charles Athanase Peltier也發佈了珀爾帖效應(Peltier Effect),此效應為日後研發致冷晶片的基礎。但是當時並無今日發展神速的半導體工業,科學家無法利用以上兩個效應來研發創造新的產品。直到1960年(約40年前),靠著半導體工業的配合,致冷晶片與發電晶片才問世。

右邊照片是德國科學家Thomas Johann Seebeck的遺像。 左邊照片是法國錶匠Jean Charles Athanase Peltier的遺像。

 

Jean Charles Athanase Peltier

Feb. 22, 1785– October 27, 1845

 

Thomas Johann Seebeck

April 9, 1770 – December 10, 1831

 


致冷晶片的名稱熱電致冷晶片的名稱很多。如熱電致冷模組(Thermoelectric Cooling Module),熱電致冷晶片(Thermoelectric Cooling Chip),制冷晶片,熱電致冷器(Thermoelectric Cooler),珀爾帖致冷器(Peltier Cooler),珀爾帖單體(Peltier Cell), 也有人稱它為熱泵(Heat Pump)。
在中國大陸,最普遍的名稱為半導體致冷器。筆者淺見,若改 稱固態式致冷器(solid state cooler)會更加貼切。


 單層式致冷晶片

 多層式致冷晶片

 中心穿孔致冷晶片

單層式致冷晶片
圖中圓形物為伍十元硬幣
四層式致冷晶片
圖中圓形物為伍十元硬幣
中心穿孔致冷晶片
圖中圓形物為伍十元硬幣

特殊並排致冷晶片

特殊並排致冷晶片
圖中圓形物為伍十元硬幣
 

致冷晶片的優點熱電致冷晶片與傳統冷凍壓縮機互相比較,有優點,但也有缺點。它的體積小,無噪音,不使用冷煤,因此無環保公害。壽命長。可倒立或側立使用,無方向的限制。特別適用於航空器或太空艙。造價較高,但日後幾乎不需維護。

右圖是一片特殊設計的致冷晶片,它有四條電線。其實它是兩組致冷器共築在同一面陶瓷板上。使用者決定串聯使用或是並聯使用。如此可以增加致冷晶片的靈活度。讓它適用在更多場合。


致冷晶片的缺點它最大的缺點是能源轉換效率低。一般約在40%至50%之間。而傳統式冷凍壓縮機的效率,一般約在400%至500%之 間。因此致冷晶片無法用在大型空調或大型冰箱的場合。但願科學家的研究能有所突破。提高效率。屆時冷凍工業將有一番新的面目出現。


汽車用易開罐飲料冰冷器 致冷晶片的用途致冷晶片有如以上的優缺點。它的用途,依隨它的特性,存在日常生活的各種角落中。在日常生活用品,航太工業,醫學生物化驗,軍事民生工業等,處處可見。最常見的用途如電腦CPU的冷卻(Microprocessor Cooler),除濕箱,雷射發光頭的冷卻(Laser Diode Cooler),車用行動冷藏箱 (Portable  Picnic Cooler), 冰水機(Water Cooler),冷熱敷療器(Therapy Water Pad),小型冰箱(Mini Refrigerator),血液分析儀(Blood Analyzer)等等。

右圖是汽車用易開罐飲料冰冷器。使用的電源來自於汽車點煙頭。把易開罐飲料置于其中,保證讓你清涼一夏。全台灣各地汽車精品店都可買得到。


瓦斯燈發電與收音機的結合體 也可以用來發電珀爾帖效應(Peltier Effect)與塞貝克效應(Seeback Effect)是從不同的角度來解釋同一種物理現象。珀爾帖效應解釋電流可以產生溫差。塞貝克效應解釋溫差可以產生電流。所以有致冷晶片,當然也有發電晶片

發電晶片的英文名稱也多樣化。常用的簡稱有T.E,G.(Thermoelectric Generator)或是 T.G.M.(Thermoelectric Generating Module)。其它常見的名稱有 "TE Power Generating Module" , "TE module for Electric Generation " , 及 "Power Module for Converting Heat Source To Electricity"。

右圖是與發電晶片有關的商品。它是一具瓦斯燈。頂部有發電晶片裝置,底部是收音機。利用瓦斯燈頂部的熱能來發電,產生的電力供應給底部的收音機。各位讀者,動動你的腦筋,發揮你的創意。說不定千萬財富就再彈指之中。


致冷晶粒的主要成份 筆者經常被問到這樣的問題,台灣有沒有產製致冷晶片的製造廠。我的答案是沒有。怎麼會這樣?我的粗淺看法是如此。致冷晶粒的主要成份是銻(Antimony)、碲(Tellurium)、鉍(Bismuth)、硒(Selenium)。這些都是稀有元素。台灣沒有如此的礦源。這個答案我也沒有十足把握。

致冷晶粒樣品 各位讀者,如果你有機會碰到股票上市公司半導體教父曹董或是張董,順便提問看看。也許你會得到更準確的答案。如果你把得到的答案回報給我,也算是功德一件喔 。

左圖是我們提供給學術研究單位的致冷晶粒。尺寸是3mmX3mmX10mm。左邊是 P 型晶粒, 右邊是 N 型晶粒,中間圓形物為伍十元硬幣。


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