전자냉동(열전냉각) 설명 영상

전자냉동의 정의

전자냉동은 전류를 흘려 열을 옮기는 고체 냉각 방식이다.

펠티어 효과를 이용하므로 열전냉각 또는 펠티어 냉각이라고도 부른다.

압축기와 냉매 없이 전기만으로 냉각한다는 점이 핵심이다.

열전 모듈의 구조

모듈의 기본 단위는 n형 반도체와 p형 반도체 한 쌍이다.

두 반도체는 열적으로는 병렬, 전기적으로는 직렬로 배치된다.

여러 쌍을 직렬로 이어 냉각 능력을 키우고, 양 끝은 세라믹 판으로 감싼다.

전류 방향과 흡열·발열

두 이종 반도체 접합부에 직류 전류를 흘리면 열이 이동한다.

접합 한쪽에서는 열을 흡수하고, 다른 쪽에서는 열을 방출한다.

전류 방향을 바꾸면 흡열 면과 발열 면이 바뀐다. 냉방과 난방에 모두 쓰이는 이유다.

흡수되는 열량은 펠티어 계수와 전류에 비례한다.

성능계수 COP 계산

성능은 성능계수 COP로 평가한다. 냉각 열량을 소비 전력으로 나눈 값이다.

가상의 예로 냉각 열량 10 W, 소비 전력 20 W인 장치를 보자.

COP는 10을 20으로 나눈 0.5다. 단위는 W/W라 무차원이다.

열전 냉각의 COP는 일반적으로 기계식보다 낮다.

한계와 대형화 곤란

효율이 낮아 대용량 냉동에는 적합하지 않다.

모듈이 커지면 소비전력과 줄열이 함께 늘어 방열이 감당되지 않는다.

소자가 많아지면 전압과 전류 조건을 맞추기 어렵고 열 응력도 생긴다.

단일 단계 모듈은 고온 측과 저온 측 사이 최대 70℃ 안팎의 온도차를 낸다.

증기압축식과 비교

증기압축식은 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기로 냉매를 순환시킨다.

전자냉동은 움직이는 부분이 없지만 효율은 카르노 대비 약 10~15% 수준이다.

증기압축식은 카르노 사이클 대비 높은 수준이라 효율 차이가 크다.

그래서 전자냉동은 특정 소형 응용 분야를 채우는 방식으로 자리 잡았다.

정리와 시험 포인트

전자냉동은 펠티어 효과로 열을 옮기는 고체 냉각 방식이다.

효율은 낮지만 움직이는 부분이 없어 소형 응용에 쓰인다.

시험에서는 원리, 전류 방향, 저효율과 대형화 한계를 함께 쓴다.