ペルチェ素子 | 株式会社コウデン

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ペルチェ素子

概要

このページでは、「ペルチェ素子」についてご説明しています。
ペルチェ素子はその性能を十分に生かすために放熱側に放熱構造が必要です。
直ぐにペルチェ素子を利用して「冷却(加熱)」をされたい方は、 放熱構造を既に組み付けてある「ペルチェユニット」のページを閲覧下さい。

ペルチェユニットのページへ

ペルチェ素子は「電子冷却素子」として周知されているようです。
間違えではありませんが、その仕様を正確に表現するならば「熱移動板」とした方が良いかもしれません。
つまり、「ヒートパイプ」とかと同じ類です。
但し、温度センサーを用いて電圧のON/OFFで温度制御をして、 任意温度を保つことが出来る事と印加電圧極性(プラス、マイナス)を反転させることによって、 移動させる方向、つまり、温める面と冷やす面を逆転させることができる。
といった特徴があります。
初めてご使用になる際は、この「熱量移動」という本質に御注意ください。
つまり、素子自体の熱量は”±0”(素子自体のジュール熱は除く)ですし、熱量を他のエネルギーに変換するわけでもありません。
熱量を移動させるだけですので、 移動させた熱は何らかの方法(ヒートシンクとファンモータ、又は水冷等)で 素子から放熱させてやる必要があります。
このため、効率からいってヒートシンクやファンモータの代用にはあまり適しません。

ペルチェ素子の使用に最適な状況を挙げるとすると、

等になると思います。

尚、この際により素子の性能を引き出す為に必要な事は、

の3点です。
以上の点をご理解の上、ペルチェ素子を採用する際は最適な素子サイズを選定して下さい。

次に素子のサイズを選定する上で必要となる、メーカカタログの仕様と特性グラフの見方をご説明致します。

下の画像は20角ペルチェ素子(メーカ型番:UT-2020CE-M)のカタログページです。

注1 :
「Hotside Temperature」の略です。
この場合は外部の冷却機器で強制的にペルチェ素子の発熱側を50°Cに保っています。
注2 :
「Temperature Gap」の略です。ペルチェ素子の冷却側-放熱側の温度差です。

説明1

【最大電圧 DC7.0V】・【最大電流 3.2A】 ペルチェ素子にDC電圧を印加すると冷却面側の熱を放熱面側に移動させます。
電圧が高いほど熱移動は大きくなりますが表中の最大電圧・電流を超えると、ペルチェ素子自身の発熱(ジュール熱)が熱移動量を上回り冷却面側を温めてしまい、 いわゆる冷却性能が落ちます。
【最大温度差 70°C】 最大電圧・電流時の冷却面側と放熱面側との温度差の値ですが、
ペルチェ素子を最大定格で使用する場合は放熱面側を冷却する構造 (ヒートシンクと空冷ファン等)が必要です。
この場合の最大温度差は放熱面側を50°Cに一定冷却した場合で、 尚かつ冷却面側に発熱体(周囲雰囲気温度含む)が無い場合の値です。 (この時の放熱側は50°Cなので50°Cから70°Cを減算して、 -20°Cが冷却面側温度となります。)
もし冷却構造無しに最大定格で使用してしまうと、 ペルチェ素子の温度は周囲温度+最大温度差+ジュール熱で 容易に半田溶融温度を超え熱破壊してしまいます。
【最大吸熱量 13W】 駆動しているペルチェ素子の冷却面側に発熱体を当てると、 発熱体の熱量をペルチェ素子が奪い、 その分だけ冷却面側-放熱面側の温度差が縮まります。
最大電圧印可時の温度差0°Cの時が最も熱量を奪った(吸熱した)状態であり、 最大吸熱量とはこの時の吸熱量を指します。
この製品の場合は放熱面側を50°Cに一定冷却する構造を持たせて、 冷却面側に13Wの発熱体が有ったときに最大電圧を印加した場合、 放熱面側が50°Cなので冷却面側も温度差0°Cで50°Cとなります。

説明2

このペルチェ素子(但し、放熱面側を50°Cに一定冷却する構造を持つ)で、
8Wの発熱体を冷却する場合、DC1.5Aを印加すると温度差は-5°Cになります。
つまり、放熱面側は50°Cですので、50°C-5°Cの45°Cが冷却面側温度となります

以上、概略でご説明致しましたが、不明な点があればお問い合せ下さい。

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株式会社タイセーのペルチェ素子・モジュールを取り扱っています。
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以下はカスタム実績の仕様です。

UT-0908-CE-M UT-1010CE-M UT-1210CE-M
外形寸法 8×9×2.7mm 10×10×3.8mm 10×10×3.0mm
最大電圧 DC3.8V DC2.3V DC3.8V
最大電流 1.3A 2.1A 1.3A
最大温度差(Th=50°C) 74°C 67°C 74°C
最大吸熱量(Th=50°C) 3.2W 3.2W 3.2W
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