TE(Thermoelectric) 쿨러(=아이스 쿨러)

소켓형 프로세서를 위한 아이스 쿨러의 전형적인 구조
히트싱크 아래에 TEM이 부착되어 있는 형태이다. 

아이스 쿨러?

사실 '아이스 쿨러'는 제품명이다. 쿨러라는 것에는 세가지가 있는데, 히트싱크(흔히 말하는 방열 핀 내지는 방열판)만 있는 것을 '패시브 히트싱크(Passive Heatsink)'라고 한다. 단지 표면적을 넓힘으로써 방열의 효과를 기대하는 것이기 때문에 붙여진 이름이다. 그리고 여기에 팬(fan)이 붙어 있는 것을 '액티브 히트싱크(Active Heatsink)'라고 한다. 보다 능동적으로 열을 방출하려는 구조를 채택하고 있어서 붙여진 명칭이다. 액티브 히트싱크에 TEM이 붙어 있는 것을 TE 쿨러(Thermoelectric cooler), 혹은 펠티어 쿨러(Peltier Cooler)라고 부른다. 흔히 아이스 쿨러라고 부르는 것은 바로 이 TE 쿨러이다. 아이스 쿨러라는 명칭은 TE 쿨러가 실온 이하로 냉각할 수 있기 때문에 붙여진 이름이다.

TE 쿨러는 실제로 대단히 높은 국부냉각력을 자랑한다. 실제로 많은 곳의 오버클러킹 기사나 워터재킷을 조합한 쿨러등의 사용기 등을 보면 CPU를 항온 -20℃로 유지시킬 수 있는 등 일반 쿨러로는 불가능한 실온 이하, 심지어는 영하까지의 냉각력을 가지고 있다. 하지만 강력한 성능만큼 그 반대되는 이면을 가지고 있는 것이 바로 TE 쿨러이다.

TE 쿨러의 부작용 및 주의점

과열(Overheating). TE 쿨러는 그 구조상 대단히 많은 열을 발생시킨다. 메리트 상수 Z가 무한 대로 커지지 않는 이상 전압을 걸어 주었을 경우 TE 쿨러 자체의 저항에 의한 열이 발생할 수밖에 없으며, 이것은 CPU에서 발생하는 열 외에 TEM이 발생시키는 열까지 그 위의 팬이 뽑아낼 수 있어야만 한다는 것을 의미한다. 이후에도 언급하겠지만 TEM은 대단히 많은 전력을 소모하며, 여기서 소모되는 전력은 운동에너지 등으로 전환될 것이 없으니 당연히 열에너지라는 폐기물을 발생시킨다. 그 폐기물의 양이 막대함은 두말할 나위가 없다.

그래서 많은 수의 강력 쿨러들은 히트싱크를 공랭식이 아닌 수냉식을 사용하곤 한다. 수냉식을 사용할 경우 높은 냉각효율을 안정적으로 얻을 수 있으나 사용되는 부가장비들이 상당히 많아지며, 액체상태의 냉매를 사용하는만큼 그 취급에 대단히 주의해주어야만 한다. 왼쪽의 사진은 http://www.jah.ne.jp/~ken1/M6.htm에서 볼 수 있는 Kendon 워터쿨러의 사진이다. 프로세서는 일차적으로 구리로 되어 있는 열발산 패널에 붙어있고, 이 패널과 히트싱크 사이에는 냉각을 위한 2개의 펠티어 소자가 있는 것을 볼 수 있다. 히트싱크는 단순하게 생겼지만 양 끝단에서 나와 있는 2개의 파이프가 이 제품이 수냉식 제품임을 말해주고 있다.

수냉식까지 쓸 정도로 과격한 냉각을 하는 이유는 앞서 말한 특성 때문이다. 그 발열량이 대단히 높으며, 또한 펠티어 소자는 '양단의 온도차를 일정하게 유지시키는' 역할을 하기 때문에 히트싱크 접촉면의 온도가 낮으면 낮을수록 더욱 낮은 온도를 가질 수 있기 때문이다.

고전력. 펠티어 소자는 그 생긴 것과는 달리 대단히 많은 전력을 소모한다. 그 때문에 파워서플라이가 펠티어 소자가 소모해 주는 전력을 제대로 감당하지 못할 경우 하드디스크 등이 버벅거린다던가 하는 현상이 생길 수 있다. 전원을 연결할 때는 하드디스크 등이 연결된 케이블에 같이 이어서 연결하는 등의 배치는 하지 않는 것이 좋다.

응결(Condensation). 무엇보다도 큰 문제는 역시 수분의 응결이다. 수분의 응결은 온도가 이슬점 이하로 떨어졌을 경우 일어난다. 이슬점은 대기의 온도와 습도에 따라서 변하는데, 대개 습도 85%일 경우 실온보다 3℃ 정도 낮은 온도에서, 그리고 습도 50%일 경우 실온보다 약 10℃ 정도 낮은 온도 정도가 이슬점이 된다. 만약 실내온도 30℃, 습도 85%라면 CPU의 온도가 27℃ 아래로 떨어질 경우 CPU에 수분의 응결이 일어날 수 있다는 것이다. 수분의 응결을 막기 위해서는 우선적으로 실내 습도가 낮아야 하고, 과도한 냉각이 일어나지 않도록 신경을 써 주어야 한다. 만약 CPU에 응결이 일어날 경우 첫페이지에서 필자가 언급했던, CPU 다리가 부식된다거나 하는 일이 발생할 것이다.

이렇게 아이스 쿨러에 대한 강의가 끝났습니다. 얼마전 유저포럼의 게시판에서 어떤 분이 아이스쿨러의 원리에 대해서 질문하시던 것이 보여서 강좌로 만들어 보았는데, 만든 제가 다 머리가 아프군요. 아마 원리를 설명하는 부분에서 좀 정신이 없으셨을 것으로 생각됩니다만, 저로써는 최대한 쉽게(-_-;;) 풀어 쓴 것으로 생각해 주십시오.

다음 강좌에서는 CPU의 냉각 및 코어전압의 상승과 오버클럭 가능성과의 상관관계에 대해서 다루어 보겠습니다. 하드웨어에 관해 강좌가 필요하다거나 정보를 쉽사리 얻을 수 없는 부분 등에 대해 제게 메일로 알려 주시면 최대한 반영할 수 있도록 노력해 보겠습니다.