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펠티어 소자

last modified: 2015-02-13 10:50:03 Contributors

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Peltier effect

1834년에 발견되어 1900년대 초에 이론적으로 확립된 기술. 전기 냉동 시스템으로 불리기도 한다.

전류를 흘려주면 전도성 물질 여러 층의 양끝에 온도차이가 지속되는 현상을 이용한 것으로 저온 냉각을 필요로 하는 반대편의 고온부분을 강제 냉각시키면 저온부의 열이 고온쪽으로 전달되는 것이다. 에너지 보존법칙에 의해 한쪽이 차가워지면 다른쪽은 당연히 뜨거워진다. 뜨거워지는 면을 잘 냉각시켜야 효율이 좋아지며, 과열되면 효율이 떨어지다가 급기야 소자가 파괴된다.

이 효과를 이용한 물건이 바로 펠티어 소자. CPU냉각이나 미니 냉장고등에 쓰인다. 일반인도 구매해서 쓸수 있으니 필요한거 같으면 찾아보자. 가로 세로 4cm의 소자가 6만원정도 한다.

이 효과를 이용하면 초소형 에어컨을 만들 수 있다. 다만 아직은 낮은 효율로 인해 시험 단계. 러시아군T-90의 일부 차량에도 시험적으로 사용되고 있다.

생각보다 오래 전부터 사용되어 왔는데, AIM-9 초기형의 시커 냉각을 위해 이게 도입되기도 하였다. 초기 펜티엄프로세서에 장착되던 펠티어 CPU냉각 장치는 절륜한 냉각성능으로 많은 기대를 모았다. 전원꽃고 동작시키면 CPU근처에 하얗게 성에가 낄정도 였다고 하니... 그런데 그 냉각 성능이 너무 좋아서 공기중의 수분을 끌어 모으면서 얼어버리고 동작을 중단시키면 다시 녹고 반복하다보면 이 물때문에 보드가 날아가거나 CPU핀이 부식되는 현상이 발생하고 많은 사용자들을 눈물짓게 만들었다.

펠티어만 장착하면 장착한 뒷면이 뜨거워지고 효율이 떨어지는 문제는 거기에 다시 기존 CPU 방열판보다 큰 방열판과 냉각팬을 장착해야 되는 문제가 발생하게되고, 펠티어는 전력소모가 큰데다 이 전력은 전부 열로발생하게 되며, 시스템 전반적으로 온도 및 소음이 올라가는 문제점이 발생하게된다. CPU발열 하나 잡으려다가 시스템 전체를 말아먹을 수 있는 현상이 발생하게돼서 현재는 CPU냉각용으로는 잘 쓰이지 않는다. 하이엔드 냉각장치에는 펠티어대신 고전적인 수냉방식이 많이 사용된다.

어찌되었든 펠티어 소자의 장점은 온도를 상온 이하로 내려줄 수 있다는 것이다. 공냉식이나 수냉식은 제아무리 온도를 낮추어 봐야 상온에 근접하게 만들 수 있을 뿐이지만 펠티어 소자는 냉동기(앞에 언급되었듯이 냉장고를 만들기도 한다)에 쓰일 정도. 아직도 상온 이하로 냉각할 필요가 있는 실리콘 센서 등에 사용되기도 한다. 온도가 내려갈수록 잉여 자유 전자가 줄어들기 때문에 노이즈를 줄일 수 있기 때문이다. 물론, 초전도체를 위해서는 여전히 액체질소 정도는 가져와야 하지만...

2015년에는 제습기에 많이 사용된다. 흡기구는 열을 퍼내는 방열판을 대고. 배기구는 열을 뺏는 부분으로 하여, 간단하게 제습의 기능이 가능하다. 생명과학쪽에선 PCR기계에 사용하기도 했다.