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ペルチェ素子の原理・使い方

ペルチェ素子とは ペルチエ素子の使い方
ペルチェ素子の構造・原理 注意点



ペルチエ素子[Peltier device]とは
冷却効果のある電子部品の一つ。コンピータのCPUの冷却装置などに使われている。

2種類の金属の接合部に電流を流すと、片方の金属からもう片方へ熱が移動するという「ペルチェ効果」を利用した素子。

可動部が無い為、騒音の発生なく冷却できる。

ワイン専用の冷蔵庫などにも使われている。



ペルチェ素子の構造・原理
 ペルチェ素子も熱発電モジュールも設計条件が違うだけでも基本的な構造は同じです。

 ペルチェ素子の動作原理は、PN接合部に電流を流すと、N→P接合部分では吸熱現象が、P→N接合部分では放熱現象が発生します。(熱発電モジュールが熱から電気を作るのに対してペルチェ素子は、電気を流すことで熱を低温側(吸熱側)から高温側(発熱側)へ輸送します。)

 上図はペルチェ素子の4個を組み合わせた概念図です。ペルチェ素子は、これらの単一の素子を沢山直列に接合した構造になっています。
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ペルチェ素子の使い方
 ペルチェ素子は、被冷却物とヒートシンクを上図のように密着させて使用します。
接合面に空気が残っていると熱伝導が悪くなり性能が発揮できなくなったり、放熱ができにくくなるため温度が上がり半田が溶けてしまうことがあります。サーマルグリース等を塗布した後何度か接合面をすり合わせて空気を抜いてください。ペルチェ素子とヒートシンク、ペルチェ素子と被冷却物の取り付け方法は次の通りです。
1.被冷却物とヒートシンクの間にペルチェモジュールを挟み込みボルトで締め付ける。ただ強く締めすぎるとペルチェが破損する場合があります。スプリングを介して締め付けると過大な締め付けを防げます。
2.熱伝導の良い接着剤で接合する。
 ペルチェ素子は、電流を流す方向で放熱側と冷却側が決まります。特に放熱側が指定されていなければどちらを放熱側にしてもかまいません。ただ電流の方向と放熱側(高温面)・冷却側(冷却面の)関係は、弊社で扱っているペルチェモジュールにおいては下図のような関係になっています。また多段のペルチェ素子は面の小さい方が冷却面です。冷却面を実際に確かめたい場合は1.5Vの乾電池を1〜2秒接続し触って確かめることができます。高い電圧や長時間電流を流すと高温サイドが熱くなりますのでやけどに気をつけてください。
3.半田付けによって接合する。
 この場合熱伝導が最もよいので性能を発揮しやすいのですが、繰り返し熱応力等で破損する場合があります。
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注意点
  • ヒートシンクをつけないで駆動すると半田が溶けて故障する場合があります。
  • 規格以上の電圧・電流を印加しないで下さい。
  • 一般的には、最大電圧の60〜70%ま電圧以下で使用します。
  • 結露する場合や湿度の高いところで使う場合はシーリングしたものを使ってください。
  • ペルチェ素子は、衝撃に弱いので落としたり叩いたり等の衝撃を与えないで下さい。
  • 圧力を掛けすぎると割れる場合が有ります
  • 均一に圧力をかけて下さい
  • 冷却能力が充分な放熱器をご使用下さい
  • ペルチェ素子と冷却対象物及び放熱器間とに空間が生じると熱の伝達が悪く成ります。(シリコングリース等を塗って熱抵抗を下げます)
  • 電流を流す方向に注意してください
  • ペルチェ素子のリード線の根元に曲げ・引っ張り等のストレスを与えないでください。
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