熱電冷却プレートとペルチェ式コールドプレートの設計

直接接触する金属面、流路を持つ液体ブロック、またはTEC・高温側放熱・センサ・制御を含むアセンブリを指します。インターフェース図で範囲を明確にし、熱拡散板と液体冷板の混同を防ぎます。

直接式は固体負荷への熱経路が短い方式です。液体式は遠隔・分散負荷へ運べますが、ポンプ、圧損、配管、シール、液体適合性が増えます。

アルミは軽量で加工しやすく、銅は高い熱伝導を持つ一方、質量、コスト、加工負担が増えます。表面処理、腐食、異種金属、冷却液、清浄度が支配的な場合もあり、銅が常に最良とは限りません。

薄すぎると変形や温度勾配、厚すぎると質量、熱慣性、応答遅れが増えます。TECと負荷の面積差、熱マップ、ねじ配置、許容温度差から決めます。TEC配列では素子上の冷点と素子間の温点を抑えます。

両面を管理し、TIMは微小隙間だけに使います。ねじや弾性板で荷重を均一にし、セラミック曲げ、点荷重、配管荷重を避けます。締付値はプレート剛性とTECに合わせて検証します。

蛇行流路は流れを規定しますが圧損が増えます。並列流路は圧損を下げますがマニホールドの均等化が必要です。入口、出口、死水域、気泡排出、ポンプ曲線、シール、液体を一体設計します。

良好な拡散があれば単一TECで小型負荷に対応できます。配列は広い面積を扱えますがPinとQhが増えます。間隔は熱マップで決め、高温側が端部TECまで処理できることを確認します。

表面、負荷近傍、液体入口・出口、高温側保護では制御目的が異なります。主センサは局所冷点ではなく重要な状態を代表する位置に置き、固定方法、配線熱伝導、応答遅れも評価します。

露点以下では表面、端部、配管を断熱し、水蒸気侵入を抑え、排水経路を設けます。電子回路を水滴から分離し、センサ周囲を密封し、乾燥室だけでなく最大湿度で試験します。

熱、機械、流体、環境条件をそろえます。

計装した試作で計算と実装の差を補正します。

コールドプレートは負荷–プレート–TEC–高温側–環境の全経路で機能します。剛性、流量分配、センサ、結露は熱設計の一部です。Arkmexはプレート、TEC、放熱、センサ、コントローラを一体開発できます。