ペルチェ素子の高効率冷却方法に関する研究 083035 佐藤

ペルチェ素子の高効率冷却方法に関する研究
083035　佐藤佑太郎
摂南大学　工学部　電気電子工学科　電子光機器研究室
1　概要
〈参考文献〉　ペルチェ素子は素子に電流をながすことによって、
一方の
田澤勇夫　トランジスタ技術　2007 年 3 月号 pp259～265
金属からもう一方の金属に熱が移動する。この効率を上昇
させることで、従来の出力より低い温度をめざす。
２　ペルチェ素子の原理
ペルチェ素子は図１のようなＮ型とＰ型の半導体を銅な
どの金属片と接合したもので、これに電流を流すと一方が
吸熱、もう一方が発熱する。吸熱する熱量 Qp は電流 I に比
例し次の式が成り立つ。
Qp＝πI　（1）
π はペルチェ係数といい、使っているＮ型とＰ型の半導体で
決定される。総吸熱量を Qc とすると次の式が成り立つ。
Qc＝Qp-Qλ-1/2*Qr　（2）
図1　ペルチェ素子の構造
Qc＝吸熱量（吸熱面で発生する熱量）
Qp＝ペルチェ熱（ペルチェ効果による吸熱量）　Qλ＝伝導熱量（放熱面より吸熱面に伝わってくる熱量）
Qr＝ジュール熱（ペルチェ素子の内部抵抗で生じる熱量）
（2）式の右辺はペルチェ素子の吸熱量 Qp から発熱側から
くる熱伝導 Qλ と両方に放出されるジュール熱 Qr の半分を
引いたものである。この式から放熱の効率を上げると Qλ が
小さくなり Qc が大きくなるのがわかる。
３　ペルチェ素子の温度測定
ペルチェ素子を直列と並列につないだ回路を作り一段と
二段に重ねたとき、温度差を測った。その後、一枚あたりに
かかっている電圧と電流と温度差のグラフを作成した。結
果を図 2 に示す。グラフより直列の方がより低い温度が出
せた。そして、二段に重ねる方式は冷却効率が飛躍的に上が
るのでそれを中心に考えて行きたい。
４　課題
二段時の温度変化や排熱の計算を行い実験を進めて行き
たい。
図2　電流の変化による吸熱面の温度変化