소형 냉각 장치를 설계하기 위한 펠티어소자 선정법

소형 냉각 장치를 설계하기 위하여 펠티어소자(열전소자) 사양을 선정하는 방법은 장치의 냉각 용량을 구하고 장치의 구성에 맞는 크기의 펠티어소자를 선택하는 것입니다. 여기서 냉각 용량을 구하는 방법은 냉각 능력의 방열량과 흡열량을 계산하여 정리할 수 있습니다.

펠티어소자는 열과 전기의 상호작용을 이용한 열전소자로 두 가지의 재료 접합점 사이에 열유속을 생성하여 냉각 효과를 발휘하는 반도체입니다.

펠티어소자는 전류의 방향에 따라 전기 에너지를 소비하면서 장치의 한쪽 면에서 반대쪽 면으로 열을 전달하기 때문에 발열이나 냉각을 위해 사용될 수 있지만 주된 용도는 냉각입니다.

- 펠티어소자란? -

 

 

냉각 용량에 따른 펠티어소자 선정 방법

 

 

 

 

목차 ( 아래 제목 클릭 시 글 위치로 이동 )

• 냉각 능력의 흡열량 구하기
• 냉각 능력의 방열량 구하기
• 펠티어소자 사양 선정하기

 

 

펠티어소자를 선정하기 위하여 냉각 능력인 흡열량과 방열량을 구해야 하는 이유는 펠티어소자의 구조적 특성 때문입니다.

 

펠티어소자에 전류가 흐르면 열전효과에 따라 한쪽 면이 열을 흡수하여 냉각 상태가 되고 반대쪽 면은 열을 방출하여 발열 상태가 됩니다. 이때 발열 면의 열 온도에 따라 냉각 온도가 결정되기 때문에 발열 면의 열을 방출로 원하는 냉각 온도를 제어할 수 있습니다.

“열전소자의 냉각 면과 발열 면의 온도차는 30~70도”

 

 

1. 냉각 능력의 흡열량 구하기

 

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2. 냉각 능력의 방열량 구하기

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3. 펠티어소자 사양 선정하기

 

앞서 계산된 방열량 (Qc) = 72W로 펠티어소자 사양표에서 근사치를 찾아보면 아래서 세 번 줄의 124.7W의 사양으로 선정할 수 있습니다. 사양을 선정할 때 주의할 사항으로 이론 계산값과 실제 사용값의 효율차가 있기 때문에 항상 이론값보다는 높은 값의 근사치의 사양을 선정하시길 바랍니다.

 

다시 주제로 돌아와서 펠티어소자의 방열량 (Qc) = 124.7W를 선정할 경우 흡열 면과 발열 면의 온도차가 최대 63℃로 발열 면의 온도가 약 70℃ 정도로 제어를 한다면 흡열 면의 냉각 온도는 70 - 63 = 7℃로 사용할 수 있습니다.   

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글을 마치며,

펠티어소자를 활용한 냉각 장치의 설계는 비교적 작은 용량의 냉각 능력을 발휘하는 장치에 알맞으며, 필요에 따라 대면적 펠티어소자를 선정하여 활용할 수는 있지만 전력량의 소모로 인하여 비효율적일 수 있습니다.

소형 냉장고, 정수기, 휴대용 선풍기, 제빙기, PC 쿨러와 같은 소형 가전제품에 많이 사용되지만 반도체 제조 장비와 같은 산업용 제조 장비에도 두루 사용되고 있으니 참고하시면 좋겠습니다.