聲波冷卻冰箱(Acoustic Refrigerator) | 科學Online - 國立臺灣大學

其U形管部份稱為Resonator，目前內部填充氣體大多選擇高壓氦氣，壓力約10 bar；其他包括兩個熱交換器(heat exchanger)和冷卻塔(stack)。

Driver主要包含了 ... Monday27thJune2022 27-Jun-2022 人工智慧 化學 物理 數學 生命科學 生命科學文章 植物圖鑑 地球科學 環境能源 科學繪圖 高瞻專區 第一期高瞻計畫 第二期高瞻計畫 第三期高瞻計畫 綠色奇蹟－中等學校探究課程發展計畫 關於我們 網站主選單 聲波冷卻冰箱(AcousticRefrigerator)國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯 聲波冷卻冰箱(AcousticRefrigerator)，是一種利用聲波引起封於管內之氣體壓力改變，進而溫度改變的原理所製做的一種環保冰箱。

人類利用低溫保存食物的方式由來已久；在古代便在冬天時於地窖儲存冰塊，等到夏天將食物放入低溫的地窖保存。

而現今的冰箱，是透過氣體體積改變導致溫度改變來達到冷卻的效果。

因為當氣體進行一個絕熱膨脹(adiabaticexpansion)的過程，即在一絕熱系統中改變氣體體積（與外界沒有熱量交換），溫度與體積遵守下列關係式： T1：氣體膨脹前的溫度，T2：氣體膨脹後的溫度V1：氣體膨脹前的體積，V2：氣體膨脹後的體積n：氣體分子莫耳數，R：亞佛加厥常數，CV：氣體莫耳熱容量(molarheatcapacity) 因此當體積膨脹的時候，溫度會隨之而降低，如此一來，便可以達到冷卻物質的效果。

冰箱內的氣體來源就是冷媒，冷媒為高揮發性液體，產生的蒸汽經由電力驅動幫浦壓縮，氣體體積變小，氣體溫度上升轉變為熱能逸散置空氣中；當氣體體積膨脹時，氣體溫度下降可用來冷卻。

然而冷媒的材料卻多為氟氯碳化合物(Chlorofluorocarbons,CFCs)，雖然CFCs無毒又不具腐蝕性，但是當它們洩漏到大氣當中，會和臭氧(O3,Ozone)在紫外光的照射下進行一連串鏈鎖反應(Chainreaction)，造成臭氧層(ozonelayer)的破壞。

因此，從1996年起，CFCs開始被禁用起，科學家便開始找尋新的冷卻方式。

聲波冷卻冰箱便是在這一個環保思維下誕生的產物。

由於分子間有作用力的存在，氣體被壓縮時會產生熱，反之氣體膨脹時溫度下降。

美國加州大學StevenL.Garrett和他的同事想到利用聲音來讓冰箱工作。

基本裝置很簡單：一個大的充滿鈍氣(Inertgas)U形管，然後在開口的兩端安裝喇叭。

完整的儀器設備可區分為兩部份「Resonator」和「Driver」。

其U形管部份稱為Resonator，目前內部填充氣體大多選擇高壓氦氣，壓力約10bar；其他包括兩個熱交換器(heatexchanger)和冷卻塔(stack)。

Driver主要包含了擴音器，可以發出約150至200分貝的聲波。

聲音最後則通過一較長較細的管徑來到一個緩衝空腔(buffervolume)，聲音在此處消散，失去其能量，因此整個聲波冷卻冰箱並不會相當嘈雜。

圖一、聲波冷卻冰箱的原理 http://ehp.niehs.nih.gov/docs/1994/102-9/innovations.html 當聲音透過喇叭傳出進入U形管內時，管內氣體的壓力受到聲音而變動。

壓力較低區域的氣體溫度降低，反之，壓力變大區域的氣體溫度升高。

變熱區域的高溫氣體可透過散熱器將熱量交換出去，漸漸的整個U形管氣體溫度越來越低，可應用於冷卻。

Garrett的聲波冷卻冰箱需要使用205瓦特的電力將主要裝置冷卻到4℃，Resonator部份到-22℃。

這個冷卻溫度需要以160分貝的聲音來維持，雖然160分貝的聲音的很大聲，大概是最吵最吵的重金屬演唱會的聲音再大上10000倍，但是隔音設備極其完善，你需要用到聽筒才能判斷出聲波冰箱是否正在運轉。

目前聲波冷卻冰箱還在實驗室進行改良的階段，尚未進行商業化的大量生產。

參考資料：1.Zumdahl,S.S.ChemicalPrinciples,5thedition;HoughtonMifflinCompany:Boston,2003;p.173.2.Docstoc–AcousticRefrigerators http://www.docstoc.com/docs/16536544/Acoustic-Refrigerators Tags:冰箱,聲波,聲波冷卻冰箱 前一篇文章下一篇文章 您或許對這些文章有興趣 【2013諾貝爾獎特別報導】化學獎：將實驗帶入網際空間 【2014諾貝爾化學獎】如何將光學顯微鏡變成奈米顯微鏡 化學傳記：法拉第不為人知的一面（十）：法拉第效應與反磁性 謎樣的分子：克里奇中間體 【2019諾貝爾化學獎】鋰離子電池 [講座]AaronCiechanover教授（2004諾貝爾化學獎得主）醫藥通俗演講 暖暖包的原理 【2017年諾貝爾化學獎特別報導】將生命捕捉在原子的細節中 發表迴響Cancelcommentreply 你的電子郵件位址並不會被公開。

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