펠티어(Peltier, TEC) 설계를 위한 30가지 골든 룰

1. 펠티어 모듈(Peltier module)의 크기는 솔리드 스테이트 쌍(solid-state pairs)의 수와 패킷 밀도(packet density)에 따라 결정된다.
2. 각 솔리드 스테이트 쌍(solid-state pairs)에서는 약 0.12 볼트가 떨어진다.
3. 솔리드 스테이트 쌍(solid-state pairs)의 수가 많을수록 최대 가능한 전압(maximum possible voltage)이 증가하고 전류(current)는 감소할 수 있다.
4. 높은 전류(high current)는 솔리드 스테이트 재료(solid-state material)의 미세 균열(microtears)을 증가시켜 모듈의 수명(life time)을 단축시킨다.
5. 높은 전류(high current)는 더 많은 열(thermal)을 발생시켜 효율(efficiency)을 낮춘다.
6. 냉각 능력(cooling power, Qc)과 사용된 전류(current)의 관계는 최대 값(maximum value)에 대한 지수적 접근(exponential approach)으로 나타난다.
7. 최대 냉각 성능(maximum cooling power)의 마지막 30%를 달성하려면 많은 전기 에너지(electric energy)가 필요하다.
8. 펠티어 모듈(Peltier module)의 온열면(warm side)에서의 열 방출(heat dissipation)은 냉각 능력(cooling power)과 사용된 전기 에너지(engaged electric energy)의 합이다.
9. 펠티어 모듈(Peltier module)의 효율(efficiency)은 열 전달(thermal transfer)과 사용된 전기 에너지(engaged electric energy)의 비율로 나타난다.
10. 펠티어 냉각(Peltier cooling)의 매우 높은 효율은 최대 전압/전류 값(voltage/current maximum value)의 약 50%에서 실현된다.
11. 펠티어 모듈(Peltier module)의 최대 냉각 능력(maximum cooling power, Qc) 정보는 양측의 온도 차이(0 켈빈), 최대 제공 전류/전압(maximum provided current/voltage) 및 300K(27°C)의 주변 온도(ambient temperature)를 기준으로 한다.
12. 실제 냉각 능력(real cooling power)은 성능 다이어그램(performance diagram)을 통해 추정할 수 있다.
13. 표준 모듈(standard modules)은 진공 조건(vacuum condition) 및 300K(27°C) 주변 온도에서 약 70 켈빈의 최대 온도 차이(maximum temperature difference)를 달성한다.
14. 고품질 모듈(high-quality modules)은 약 72 켈빈 이상의 값을 달성할 수 있으며, 저가 모듈(low-cost modules)은 약 60 켈빈에 가까운 값을 달성한다.
15. 다단계 캐스케이드(multistage cascades)와 같은 특수 모듈(special modules)은 최대 120K의 온도 차이(temperature difference)를 생성한다. 단점은 낮은 열 펌핑(thermal pumping)과 높은 가격이다.
16. 펠티어 모듈(Peltier module)의 온열면(warm side)에서의 좋은 열 방출(good heat dissipation)은 냉각 능력(cooling power), 효율(efficiency) 및 최대 온도 차이(ΔT, maximum temperature difference)를 개선한다.
17. 주변으로의 열 방출(heat dissipation to the surroundings)은 히트 싱크(heat sink)의 성능에 따라 달라진다.
18. 히트 싱크(heat sink)의 능동 면적(active surface)(치수 및 핀 수)이 높을수록 열 저항(thermal resistance)이 개선된다.
19. 높은 공기 흐름(high air flow)을 가진 큰 팬(big fans)은 히트 싱크(heat sink)의 열 저항(thermal resistance)을 개선한다.
20. 히트 싱크(heat sink) 본체에 직접 불어넣는 것이 가장 효율적이다.
21. 액체 히트 싱크(liquid heat sinks)는 일반적으로 더 높은 열 특성(thermal qualities)을 가지지만 비용이 더 많이 든다.
22. 펠티어 모듈(Peltier module)과 히트 싱크(heat sink) 사이에는 좋은 열 인터페이스 재료(thermal interface material)(열 패드, 열 페이스트 또는 열 접착제)를 사용해야 한다.
23. 열 그리스(thermal grease)의 얇은 층(thin layer)은 미세한 불균형(microscopic unevenness)에 적응할 수 있어 매우 좋은 열 전달(thermal transmission)을 제공한다.
24. PCM(상변화 재료, phase change material)은 특히 높은 충전율(filling factor)을 보여준다.
25. PCM(상변화 재료)은 일반적인 열 그리스(thermal grease)보다 표면을 더 잘 적셔주며 마르지 않는 장점이 있다.
26. 높은 접촉 압력(contact pressure)은 열 전달(thermal transmission)을 개선하지만, 조립 시 전단력(shearing force)을 방지하는 것이 중요하다.
27. 펠티어 모듈(Peltier module)의 접촉 압력(contact pressure)은 3-8 kg/cm² 사이여야 한다.
28. 최대 12x12mm 크기의 작은 모듈(small modules)만 금속화 처리(metallization)가 가능하다.
29. 펠티어 모듈(Peltier module)의 단기 작동 온도(short-term operation temperature)는 항상 납땜 온도(solder temperature)보다 20-30°C 낮아야 한다.
30. 펠티어 모듈(Peltier module)을 120°C 이상의 온도로 장기간 사용하면 구리(copper)가 솔리드 스테이트 재료(solid-state material)로 확산되어 성능이 감소한다.

출처: www.uweelectronic.de/en/temperaturmanagement-2/peltierelemente.html