半導体冷却モジュールとは？この記事で簡単にご紹介します！
1. TEC 冷却モジュールとは何ですか?
TEC冷却モジュールは、半導体冷却素子（TEC）をコアコンポーネントとするソリッドステート冷却装置です。この冷却モジュールの動作原理はペルチェ効果に基づいており、直流駆動により熱が冷却端から加熱端へ伝達され、冷却効果が得られます。
TEC 冷凍モジュールは通常、次の 3 つの部分で構成されます。
冷表面接触部：温度制御対象物と直接接触
半導体冷凍チップ：コア冷凍部品
高温表面接触部品：システムの熱放散を担う
2. よく使われる冷凍モジュールシリーズ
TEC冷却モジュールは、高温面と低温面の接触方法に応じて、DA、DN、AA、NN、DL、AL、DD、NA、LLといった様々なシリーズに分類されます。DA、AA、DL、AL、LLは最も広く使用されている5つのシリーズで、さまざまな温度制御シナリオと放熱要件に適しています。
DAシリーズ：空冷方式を採用し、主にキャリア上のチップや液体などの固体の接触冷却に用いられます。アルミニウム製の金属部品を介して被温調対象物に直接接触するため、熱伝達が速く、高い昇降温速度を実現できるのが特徴です。
DLシリーズ： DAシリーズモジュール（空冷式）と比較して、DLシリーズモジュール（水冷式）は、一般的に加熱・冷却速度が速く、高温面と低温面の温度差も大きくなります（例えば、25℃の冷却水を6L/分で使用した場合、低温面のアルミブロック温度は-25℃まで下がります）。より高い温度制御速度と温度差が必要な場合は、DLシリーズ水冷式モジュールの方が適している場合があります。
AAシリーズ：デュアルファン設計を採用し、車載冷蔵庫、冷蔵ボックス、恒温化粧ケース、小型コンピュータールームなど、全体的な温度制御が求められる用途に最適です。ファンとダクトが連動して空気の流れを作り出し、均一な温度制御を実現し、理想的な周囲温度を確保します。
ALシリーズ：高い放熱性が求められる機器で設置スペースが限られている場合、ALシリーズモジュールは理想的な選択肢です。水冷式を採用しているため、空冷式よりも優れた性能を発揮するだけでなく、サイズも大幅に小型化されているため、様々な精密機器への組み込みが容易になります。
LLシリーズ：液体の温度制御に特化して設計され、最大3000Wの冷却能力を備え、高出力冷却ニーズに対応します。水道水または生活用水に直接接続できるため、複雑な冷却システムが不要で、設置が容易でメンテナンスも簡素化されるなどのメリットがあります。このシリーズのモジュールは、産業用温度制御プラットフォーム、医療機器などの分野で広く利用されており、1～1.5HPコンプレッサーの理想的な代替品です。
3. TECモジュールの選択 - 冷凍能力評価
TEC冷却モジュールを使用する際は、冷却能力の評価が非常に重要です。目標とする冷却能力Q C は、熱源自体が発する熱量（Q active ）だけでなく、熱源と周囲環境との間の熱交換量（Q passive ）にも依存します。Q C の計算ロジックを理解することが、正確な温度制御を実現するための第一歩です。以下の式が使用されます。
Q C = Qアクティブ+ Qパッシブ(Qパッシブ 1 + Qパッシブ 2 )
Qactive = UI (電圧 x 電流)
Qpassive1 =CM∆t (熱容量 x 質量 x 温度差)
Qpassive2 = h c A∆t （熱伝達係数 x 表面積 x 温度差）
*Q受動態 1 : 温度変化により熱源自体が吸収または放出する熱。主に物質の熱容量に関係します。
*Qパッシブ2 ：空気対流、熱伝導、放射など、温度差による熱源と周囲環境との間の熱交換。
目標の冷却能力を決定した後、お客様が構造寸法と放熱方法を提供していただければ、当社はさらに高温面と低温面間の熱抵抗を計算し、必要な冷却能力、動作電圧、電流パラメータに基づいて TEC モジュールの選択とマッチングを完了することができます。
4. TECモジュールの選択 - 性能係数評価
また、TEC 冷却モジュールのコア部品は半導体冷却チップであるため、その性能係数 COP は材質や製造プロセスだけでなく、冷却方法 (空冷/水冷など)、TEC レイアウト、断熱設計、接触インターフェース材料の選択、取り付け方法など、他の多くの要因によっても影響を受けます。
① 空冷： COPは通常0～1.0の間です。
②水冷： COPを1.2まで向上可能
③ 温面と冷面の温度差が小さく、電圧を柔軟に調整できる場合：水冷モジュールのCOPは1.5以上に達することができます。
④ 温度が設定値に達した場合：システムは温度を制御するためにわずかな電力消費しか必要とせず、COPが大幅に向上します。
*COPは、機器が消費エネルギー単位あたりに提供できる冷却または加熱の量を表します。COP値が高いほど、機器の効率が高く、同じ消費電力でより多くの冷却能力を提供できることを意味します。
上記の状況に基づいて、より効率的で省エネかつ安定した温度制御効果を実現するには、実際のアプリケーション要件に応じて適切な TEC モジュール タイプ、冷却方法、および制御戦略を選択する必要があります。
