「熱聲效應」攝氏200降到150的散熱技術
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作者：李書齊
月初的鳳凰城(Phoenix)，白天氣溫不時高達三十度，來自全球一千五百位最頂尖的高中生，擠在當地最大的宴會廳裡，在全場幾近停止流動的凝重空氣中，全神貫注，引頸期盼台上主持人宣布得獎名單。
「The winner is...」當主持人唸出邢本元與黃維綱的名字時，兩個人互相瞪大眼睛，不敢相信幸運之神居然會看上他們，而且不只一次。
不讀名校，一樣揚名國際
這天，來自台灣麗山高中的兩個大男生，以﹁熱聲效應改善微電子裝置散熱﹂研究，在英特爾(Intel)國際科展(ISEF)中，除了拿下大會最傑出團體獎外，還包辦了「工程學」團體組一等獎與歐盟青年科學家競賽獎兩項大獎，這不僅是這次競賽中全亞洲地區唯一的一等獎，且距離台灣上一次拿到最傑出獎，也有五年之久，加上先前美國聲學學會與科技通訊協會所頒發的兩項特別獎，兩人總共拿下五項大獎，成為全亞洲最閃耀的兩顆星星。
過去，這類國際性的大型科學獎，總是由建中、北一女等明星高中所包辦，但是這兩位來自成立只有五年、名不見經傳學校的高中生，卻有本事打破這項慣例。他們，究竟有什麼本事？
「您好，這是我的身份證，我是邢本元，」當記者前去採訪時，邢本元從他鼓脹的皮夾中，辛苦地掏出身份證。這個在大人世界裡，看起來突兀而又可愛的舉動，其實已經透露出，在他的血液裡流著「實事求是」與「不平凡」的兩種基因。
唸社會組的他，從小就是太空迷，也特別喜歡地球科學這堂課。為了地球的健康，他加入由高中生組成的台北濕地網(Taipei Wet Net)，保護全台灣的海洋、河川與湖泊等濕地。
「當我們在海邊撿垃圾時，其他高中生都在唱歌、逛街，」擔任網站召集人的他，說著說著就打開自己的蘋果筆記型電腦，展示一篇篇研究報告，要大家看他過去的努力，﹁同學都說我是從海王星來的，假裝成地球人，﹂眼睛盯著心愛的電腦，頭也不抬的他，悠悠地吐出這句話。
不同的種子，要放在不同的土壤才會茁壯。不介意被說成外星人的他，來到重視科學教育的麗山高中，才找到生長的溫床。
志趣相投，兩個研究狂人
位在內湖的麗山高中成立之初，就是培育全國資優生的重點學校。這個學校從高一開始，就要求學生學習﹁專題研究﹂的課程，而邢本元與黃維綱兩個不同班、個性南轅北轍的大男生，就是在做﹁如何增加電風扇風速﹂研究時，互相認識。
雖然這個研究，並沒有獲得任何獎項，但沒有降低他們兩個想研究的熱情。幾個月後，台大指導教授李世光建議他們，將電風扇與波動結合，看看能不能解決電腦散熱的問題。
「這是一個從來沒有人做過的研究，」負責這次研究的指導老師張良肇睜大眼睛說。電腦運算的速度愈快，中央處理器的熱量也就愈高，如果散熱技術做得不好，電腦很容易當機。目前多數電腦以小風扇降溫，但風扇會產生噪音與耗電，「所以老師建議我們，做一個『自己會散熱』的電腦，」從小到大已經組裝過兩台電腦的黃維綱歪著頭說。
為了解決這個從來沒有答案的問題，喜歡研究的邢本元，除了翻遍圖書館裡的論文，也在網路世界裡拚命地瀏覽搜尋。英文好的他，找到美國賓州大學曾經做過女「熱聲冰箱」的研究，欣喜若狂地寫信給美國教授，希望採購他們的實驗設備。
放棄學測，只為成就發明
花了七○美元，買了兩套簡單設備的他們，研究過程並沒有因此一帆風順。手巧的黃維綱，為了找導電用的鎳鉻絲，兩天內跑遍整個台北市；為了尋找絕緣體，跑到汽車維修廠，買了一塊用在空氣濾淨器的陶瓷；為了找到適合的電源供應器，先跑去跟台大實驗室借，後來更是自己動手做了一台。
經過反覆修正，這兩個未滿十九歲的小伙子利用中央處理器的熱量，經過壓克力這類不良導電材料，造成溫差產生聲音，加強空氣對流，中央處理器的溫度可以從攝氏兩百度，降低到一百五十度左右，「雖然這只是簡單的樣品，但卻是一個劃時代的發明，」英特爾評審如此評論。
「這兩個小朋友完成一件了不起的事，」張良肇說，為了要取得參加英特爾國際科展的機會，他們將重心全部放在研究上，連最重要的學測都已經放棄，「這是一種沒有明天的煎熬。」
面對讚美，這兩個臉上還有青春痘的大男孩只是用傻笑來回答一切。當攝影記者要求為他們兩個拍照時，害羞的邢本元突然收起笑容，全身緊張，與活潑的黃維綱形成極大對比，「我真的很不喜歡出鋒頭，」看到攝影記者把照相機拿下來，邢本元馬上恢復自信，認真地對記者說：「你們的稿子不可以寫錯，一定要大膽假設，小心求證，」科學家的本性，又在他身上看到。
註：英特爾科學獎——培育少年諾貝爾的溫床
英特爾科學獎前身為西屋科學獎，於1942年創立，由西屋電器公司舉辦了50年後，改由英特爾繼續舉辦。英特爾科學獎是為鼓勵高中科學研究而設立，目前是美國高中最具權威的科學獎項，每年獎金總額高達60萬美元。歷屆比賽評選競爭都相當激烈，入圍者皆是各高中萬中選一的精英份子。釵h這個比賽獎項的得主，後來都獲得了諾貝爾獎，因此素有「少年諾貝爾獎」的美譽。
幫貼出來...真的好利害 ;rr;
月初的鳳凰城(Phoenix)，白天氣溫不時高達三十度，來自全球一千五百位最頂尖的高中生，擠在當地最大的宴會廳裡，在全場幾近停止流動的凝重空氣中，全神貫注，引頸期盼台上主持人宣布得獎名單。
「The winner is...」當主持人唸出邢本元與黃維綱的名字時，兩個人互相瞪大眼睛，不敢相信幸運之神居然會看上他們，而且不只一次。
不讀名校，一樣揚名國際
這天，來自台灣麗山高中的兩個大男生，以﹁熱聲效應改善微電子裝置散熱﹂研究，在英特爾(Intel)國際科展(ISEF)中，除了拿下大會最傑出團體獎外，還包辦了「工程學」團體組一等獎與歐盟青年科學家競賽獎兩項大獎，這不僅是這次競賽中全亞洲地區唯一的一等獎，且距離台灣上一次拿到最傑出獎，也有五年之久，加上先前美國聲學學會與科技通訊協會所頒發的兩項特別獎，兩人總共拿下五項大獎，成為全亞洲最閃耀的兩顆星星。
過去，這類國際性的大型科學獎，總是由建中、北一女等明星高中所包辦，但是這兩位來自成立只有五年、名不見經傳學校的高中生，卻有本事打破這項慣例。他們，究竟有什麼本事？
「您好，這是我的身份證，我是邢本元，」當記者前去採訪時，邢本元從他鼓脹的皮夾中，辛苦地掏出身份證。這個在大人世界裡，看起來突兀而又可愛的舉動，其實已經透露出，在他的血液裡流著「實事求是」與「不平凡」的兩種基因。
唸社會組的他，從小就是太空迷，也特別喜歡地球科學這堂課。為了地球的健康，他加入由高中生組成的台北濕地網(Taipei Wet Net)，保護全台灣的海洋、河川與湖泊等濕地。
「當我們在海邊撿垃圾時，其他高中生都在唱歌、逛街，」擔任網站召集人的他，說著說著就打開自己的蘋果筆記型電腦，展示一篇篇研究報告，要大家看他過去的努力，﹁同學都說我是從海王星來的，假裝成地球人，﹂眼睛盯著心愛的電腦，頭也不抬的他，悠悠地吐出這句話。
不同的種子，要放在不同的土壤才會茁壯。不介意被說成外星人的他，來到重視科學教育的麗山高中，才找到生長的溫床。
志趣相投，兩個研究狂人
位在內湖的麗山高中成立之初，就是培育全國資優生的重點學校。這個學校從高一開始，就要求學生學習﹁專題研究﹂的課程，而邢本元與黃維綱兩個不同班、個性南轅北轍的大男生，就是在做﹁如何增加電風扇風速﹂研究時，互相認識。
雖然這個研究，並沒有獲得任何獎項，但沒有降低他們兩個想研究的熱情。幾個月後，台大指導教授李世光建議他們，將電風扇與波動結合，看看能不能解決電腦散熱的問題。
「這是一個從來沒有人做過的研究，」負責這次研究的指導老師張良肇睜大眼睛說。電腦運算的速度愈快，中央處理器的熱量也就愈高，如果散熱技術做得不好，電腦很容易當機。目前多數電腦以小風扇降溫，但風扇會產生噪音與耗電，「所以老師建議我們，做一個『自己會散熱』的電腦，」從小到大已經組裝過兩台電腦的黃維綱歪著頭說。
為了解決這個從來沒有答案的問題，喜歡研究的邢本元，除了翻遍圖書館裡的論文，也在網路世界裡拚命地瀏覽搜尋。英文好的他，找到美國賓州大學曾經做過女「熱聲冰箱」的研究，欣喜若狂地寫信給美國教授，希望採購他們的實驗設備。
放棄學測，只為成就發明
花了七○美元，買了兩套簡單設備的他們，研究過程並沒有因此一帆風順。手巧的黃維綱，為了找導電用的鎳鉻絲，兩天內跑遍整個台北市；為了尋找絕緣體，跑到汽車維修廠，買了一塊用在空氣濾淨器的陶瓷；為了找到適合的電源供應器，先跑去跟台大實驗室借，後來更是自己動手做了一台。
經過反覆修正，這兩個未滿十九歲的小伙子利用中央處理器的熱量，經過壓克力這類不良導電材料，造成溫差產生聲音，加強空氣對流，中央處理器的溫度可以從攝氏兩百度，降低到一百五十度左右，「雖然這只是簡單的樣品，但卻是一個劃時代的發明，」英特爾評審如此評論。
「這兩個小朋友完成一件了不起的事，」張良肇說，為了要取得參加英特爾國際科展的機會，他們將重心全部放在研究上，連最重要的學測都已經放棄，「這是一種沒有明天的煎熬。」
面對讚美，這兩個臉上還有青春痘的大男孩只是用傻笑來回答一切。當攝影記者要求為他們兩個拍照時，害羞的邢本元突然收起笑容，全身緊張，與活潑的黃維綱形成極大對比，「我真的很不喜歡出鋒頭，」看到攝影記者把照相機拿下來，邢本元馬上恢復自信，認真地對記者說：「你們的稿子不可以寫錯，一定要大膽假設，小心求證，」科學家的本性，又在他身上看到。
註：英特爾科學獎——培育少年諾貝爾的溫床
英特爾科學獎前身為西屋科學獎，於1942年創立，由西屋電器公司舉辦了50年後，改由英特爾繼續舉辦。英特爾科學獎是為鼓勵高中科學研究而設立，目前是美國高中最具權威的科學獎項，每年獎金總額高達60萬美元。歷屆比賽評選競爭都相當激烈，入圍者皆是各高中萬中選一的精英份子。釵h這個比賽獎項的得主，後來都獲得了諾貝爾獎，因此素有「少年諾貝爾獎」的美譽。
幫貼出來...真的好利害 ;rr;
什麼是熱聲效應?簡單來說，就是熱能與聲能的相互轉換機制；接合兩段不同溫度的玻璃管，就會造成管內空氣膨脹和壓縮，因而發出聲音，此即為熱聲效應。聲波冷卻裝置即是應用熱聲效應產生冷卻能力的裝置，系統主要由四項元件所構成：聲波驅動器、共振管、片堆以及熱交換器。聲波驅動器在共振管中形成單一頻率(如60Hz)之共振聲波，造成工作氣體在管內往覆運動時，受到不同的壓力擾動作用，造成溫度變化，進行熱量傳遞。聲波冷卻裝置的核心元件就是片堆(stack)，片堆由一片片低導熱度的材質所堆疊而成，每片板材以特定距離隔開，工作氣體於其中往覆運動，並進行以聲制冷的熱聲效應。
聲波冷卻的工作原理基本上可分為四個步驟：
(1)工作氣體在片堆中移動，愈接近壓力波腹點(anti-node)，氣體體積壓縮，溫度升高(T0++)；
(2)氣體將熱(QH)於片堆右端釋放(T0+)；
(3)接著氣體反向往壓力波節點移動，壓力降低，體積膨脹，氣體溫度也隨之下降(To-)；
(4)氣體溫度比片堆低，因此能不斷地由片堆吸收熱量(Qc)，降低溫度，形成低溫冷卻的效果。
其實生活環境中的聲音，也會造成空氣溫度變化，但是由於聲波能量太小，因此溫度變化不明顯。但是在聲波冷卻裝置中，共振聲波可以累積聲能，聲壓值可高於120dB，遠大於飛機噴射引擎的聲音，因此可以形成明顯的溫度變化。設計良好的聲波冷卻系統，大部分的聲能用於進行制冷，逸散出管外的噪音量少；若是將聲波頻率設計於100Hz以下，系統幾乎達到安靜無聲的工作狀態。
聲波冷卻系統構造相當的簡單，但是熱聲原理卻包含了聲學、熱力學、熱傳學、流力、機-電-聲轉換機制等複雜的理論，因此設計熱聲系統時所需考慮的參數也就相當的龐雜，本文僅針對熱聲效應做初步的簡介，較為詳細的理論分析及設計方法，可參考相關文獻之內容。
由於熱聲冷卻是以聲波對氣體作央A形成制冷的作用。工作氣體可以為空氣、氦氣..等無害的氣體，因此不會危害臭氧層、產生溫室效應或是有毒氣體洩露等問題。目前聲波冷卻原型機的冷卻效率(COP)約為1.2，家用空調機COP約為2.5，因此聲波冷卻裝置雖然具有釵h優勢，仍需進行效率改善，才能實際應用。
國際上聲波冷卻技術的發展趨勢可分為兩大方向，一是開發超低溫冷卻裝置，美國國家實驗室(LosAlamosNationalLaboratory)以不需動件的大型複合式聲波冷卻機作為天然氣液化裝置，系統低溫約為-200℃，冷卻能力7kW以上。另一方面為聲波冷卻裝置微型化，系統高度在10cm以下，由於聲波冷卻裝置的特性，可於高溫、高濕、無重力等嚴苛的環境下使用，再加上具低溫制冷的能力，因此可應用於電腦產品或太空產品的散熱需求，以及醫療產品的精密溫控。
又找到一篇報導了
http://www.openfoundry.org/article.pl?sid=...39&mode=thread&
取自其中的一段
我們的作品是以陶瓷（絕熱材料）為材料，接鑷鉻電阻製成的被動式散熱裝置，而國外現已做到的是主動式的冰箱。我們的實驗發現，純粹把熱量轉成聲波，只能帶走少部份的能量（0.1%），但是我們也發現另一個現象：有聲音存在時，會加強空氣對流的現象（產生氣流）。所以，我們就思考用 CPU 的熱發聲，然後產生空氣對流，把熱量帶走。結果發現加強空氣對流的確可以大量的熱（約攝氏 80 度），而且可以把聲音頻率提到人耳聽不到的超音波，不會造成噪音。
用CPU的熱能作央A不知能不能成為不外接電源的散熱器...幻想中 ;nq;
http://www.openfoundry.org/article.pl?sid=...39&mode=thread&
取自其中的一段
我們的作品是以陶瓷（絕熱材料）為材料，接鑷鉻電阻製成的被動式散熱裝置，而國外現已做到的是主動式的冰箱。我們的實驗發現，純粹把熱量轉成聲波，只能帶走少部份的能量（0.1%），但是我們也發現另一個現象：有聲音存在時，會加強空氣對流的現象（產生氣流）。所以，我們就思考用 CPU 的熱發聲，然後產生空氣對流，把熱量帶走。結果發現加強空氣對流的確可以大量的熱（約攝氏 80 度），而且可以把聲音頻率提到人耳聽不到的超音波，不會造成噪音。
用CPU的熱能作央A不知能不能成為不外接電源的散熱器...幻想中 ;nq;
yuwei
榮譽會員
好不容易看完了~
不過會產生聲音的話...分貝數是如何呢~?
太吵的話~反而也沒傻用壓...
而且200度C的CPU為傻沒燒掉?...就算是150度C也很誇張壓~
不過~為國爭光也要給他拍拍手臘^^
聲音頻率提到人耳聽不到的超音波
超強 :MMM: :MMM: :MMM: :MMM:
搞這樣要不要考慮到其他動物...譬如 寵物... :PPP:
記得馬誑?超強的...吹逼逼...害馬受驚了 :LKJ:
yuwei
榮譽會員
聲音頻率提到人耳聽不到的超音波
超強 :MMM: :MMM: :MMM: :MMM:
搞這樣要不要考慮到其他動物...譬如 寵物... :PPP:
記得馬誑?超強的...吹逼逼...害馬受驚了 :LKJ: [/b][/quote]
不過我想讓它變成超音波之間...
應該有過渡期吧~
那時的音量應該很嚇人...
而且使用超音波是很不道德的事情...
不能因為人類聽不到就讓其他動物去受難= ="
不要想太複雜.
基本上.
是用聲音(震動的氣體)代替冷媒.
熱還是要經過 鰭片 熱排這類的東西.
和空氣/水 交換熱量.
在由空氣/水. 把熱帶出系統.
不過 除非用壓縮機 或高壓氣體.
冷媒無法低於室溫.
聲音可以......利用夠大的音壓.
基本上.
是用聲音(震動的氣體)代替冷媒.
熱還是要經過 鰭片 熱排這類的東西.
和空氣/水 交換熱量.
在由空氣/水. 把熱帶出系統.
不過 除非用壓縮機 或高壓氣體.
冷媒無法低於室溫.
聲音可以......利用夠大的音壓.
考量幾點：
1.熱聲轉換的效率和耗能
2.內文中提到，設計的頻率要高於或低於人耳所能聽見的頻率，大概20HZ~20KHZ內
都不太能用...更低的頻率應該轉換效率極差？更高的頻率會不會造成其他的頻率上干擾？
3.太空產品用所謂的"熱聲"？ :huh: 太空的環境接近真空，哪來的空氣作為介值傳遞震動？
4.要共振累積能量，卻一方面要減低噪音？頻率又無從下手，那麼用能量的波峰波谷抵銷
的方式卻又共振不了....有點抵觸....另外需不需要一定的溫度梯度？
弟認為，大型化或者極大必v的產品可能比較容易達成，小型又是被動式產品的部分根本
不太可能達到...
1.熱聲轉換的效率和耗能
2.內文中提到，設計的頻率要高於或低於人耳所能聽見的頻率，大概20HZ~20KHZ內
都不太能用...更低的頻率應該轉換效率極差？更高的頻率會不會造成其他的頻率上干擾？
3.太空產品用所謂的"熱聲"？ :huh: 太空的環境接近真空，哪來的空氣作為介值傳遞震動？
4.要共振累積能量，卻一方面要減低噪音？頻率又無從下手，那麼用能量的波峰波谷抵銷
的方式卻又共振不了....有點抵觸....另外需不需要一定的溫度梯度？
弟認為，大型化或者極大必v的產品可能比較容易達成，小型又是被動式產品的部分根本
不太可能達到...