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42:冷却-高速化手法:その15:ペルチエ素子について


ペルチエ素子について、まずは概要を書きましょう。ご存じの方は、無視して下さい。

N型半導体と金属、P型半導体と金属、これに流す電流の方向によって、吸熱したり放熱したりする素子です。通常は、下記の順に接続されており、左から右に電流を流すとターゲットから吸熱し、電源側の、半導体-金属接続部から発熱します。逆に流すと、逆にターゲット側が発熱します。そして、各半導体自身に電気抵抗があるので、電流を流すと、その分発熱します。

電源---電線--電極--N型半導体--金属(目的の物体をこれに当てて温度制御する)-P型半導体-金属-電線-電源の他極へ。

吸熱側で吸収された熱エネルギーは発熱側に運ばれます。(電極--N型半導体--金属-P型半導体-金属)を一式として、直列にこれをいっぱい並べると、うまいことに、電気的に直列になり、温度吸収側は片方に集まりますので、普通のペルチエ冷却素子はこのペアをいっぱいならべて一つのモジュールに組み込んであります。

半導体はビスマス、テルル化物などだそうです。不純物ドーピングでP型とN型を作ります。

このモジュールを2階建てとか3階建てとかも出来ますが、だんだん吸熱量が減ってきて実用的にはあまり期待できない模様で、応用次第と言うことでしょう。最近は発熱側の耐熱温度が150℃までの物も出ています。

また、吸熱側と発熱側の最大温度差は、一段で50〜80℃と、メーカーによりいろいろあります。勿論ターゲットからの吸熱量が多いときは、温度差も大きくはなりません。

メーカーはいろいろありますが、フジタカ、コマツ電子、米メルコア社などありますが、最近ロシア製が出てきて、性能と安価なことで伸ばしている模様です。

メルコアのCP1.4-127-10Lのデータは、40*40*4.7mmで、15.4V,3.9Aで最大吸熱量33.4w、または最大温度差70℃です。
これは1.4mm角の素子を127個直列に並べて構成されています。これに対し、CPU周りの10Wの発熱分を吸熱してもらい発熱側に移動してもらって、発熱側で強力な放熱機構で冷やしてもらう、という使い方の時、温度差が約60℃、16.5V*3.6A位消費します。
すると、16.5*3.6=59.4Wペルチエだけで発熱しますので、CPU周りの移動してくる発熱量10Wを足して、69.4Wが発熱側から出てきます。これを頑張って冷やして発熱側の温度が例えば80℃にまで落とすことが出来たとしますと、80-60=20、、CPU周りは20℃にすることが出来たというわけです。

以下、次号を待て。


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