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KR101411437B1 - Thermoelectric Device, Array, Module, Generating Apparatus, Thermal Sensor, Peltier Apparatus and the Method thereof - Google Patents

Thermoelectric Device, Array, Module, Generating Apparatus, Thermal Sensor, Peltier Apparatus and the Method thereof Download PDF

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Publication number
KR101411437B1
KR101411437B1 KR1020130060478A KR20130060478A KR101411437B1 KR 101411437 B1 KR101411437 B1 KR 101411437B1 KR 1020130060478 A KR1020130060478 A KR 1020130060478A KR 20130060478 A KR20130060478 A KR 20130060478A KR 101411437 B1 KR101411437 B1 KR 101411437B1
Authority
KR
South Korea
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type
thermoelectric
type device
layer
thermoelectric module
Prior art date
Application number
KR1020130060478A
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Korean (ko)
Inventor
김용규
박연규
송한욱
Original Assignee
한국표준과학연구원
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Publication date
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Abstract

The present invention relates to a thermoelectric element assembly, a thermoelectric module, a temperature sensor, a Peltier device, and a thermoelectric module manufacturing method and, more particularly, to a thermoelectric element assembly, a thermoelectric module, a temperature sensor, a Peltier device, and a thermoelectric module manufacturing method capable of using a module by cutting the module into a desired size. As p, n type thermoelectric elements are arranged in a two-layered zigzag type, a connecting part of the thermoelectric elements is placed in both end parts of the thermoelectric module (3) so that an electrode can be integrally manufactured later. An existing thermoelectric module, that is formed by repeatedly intersecting a p type element (10) and an n type element (12), has a disadvantage of determining the size at the earliest timing of manufacture because the module and the connecting part need to be manufactured together. According to the present invention, as a thermoelectric element assembly having a four-layered zigzag arrangement is formed by using the p type element (10) and the n type element (12) arranged in the two-layered zigzag type, the connecting part is not manufactured together but integrally manufactured at the finish and thus the existing disadvantage can be overcome.

Description

열전소자 집합체, 열전모듈, 온도센서, 펠티어 장치 및 열전모듈 제조방법{Thermoelectric Device, Array, Module, Generating Apparatus, Thermal Sensor, Peltier Apparatus and the Method thereof}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thermoelectric device assembly, a thermoelectric module, a temperature sensor, a peltier device, and a method of manufacturing a thermoelectric module,

본 발명은 열전소자 집합체, 열전모듈, 온도센서, 펠티어 장치 및 열전모듈 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모듈의 크기를 원하는 크기로 절단하여 사용할 수 있는 열전소자 집합체, 열전모듈, 온도센서, 펠티어 장치 및 열전모듈 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric device assembly, a thermoelectric module, a temperature sensor, a peltier device, and a method of manufacturing a thermoelectric module, and more particularly, to a thermoelectric device assembly, a thermoelectric module, A Peltier device and a method of manufacturing a thermoelectric module.

열전현상(Thermoelectric effect)을 이용한 냉각과 기전력 생성은 열관리 및 에너지 문제를 해결하기 위한 대안으로 큰 각광을 받고 있다. 열전현상은 온도구배가 전위차를 형성하는 Seebeck 현상과 전위차로 온도구배를 야기하는 Peltier 현상으로 구분된다. 자동차 시트, 소형냉장고, 반도체 칠러, 혈액분석기, PCR, 제습기, 서큘레이터, CCD쿨러, CPU쿨러, 폐열발전기, 적외선 탐지기 및 항온기 등으로 사용되고 있다.Cooling and generation of electromotive force using the thermoelectric effect are attracting great attention as an alternative for solving heat management and energy problems. Thermoelectric phenomena are classified into Seebeck phenomenon where the temperature gradient forms the potential difference and Peltier phenomenon which causes the temperature gradient by the potential difference. It is used for automobile sheet, small refrigerator, semiconductor chiller, blood analyzer, PCR, dehumidifier, circulator, CCD cooler, CPU cooler, waste heat generator, infrared detector and thermostat.

도 1은 일반적인 이종 반도체를 이용한 수평형 열전모듈을 나타내는 분해사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상용화된 열전모듈은 여러 개의 p형 및 n형 열전소재들을 펠릿화하여 전기적으로는 직렬로, 열적으로는 병렬로 조립함으로써 제조된다. p형 소자 및 n형 소자는 전극과 전극 사이에 ∏(pi)형으로 제조되는 수직형으로 직렬접속된다. p형 소자 및 n형 소자의 상단부면에 접속되는 전극에는 열전도성 기판(good thermally conductive substrate)이 설치된다. p형 소자 및 n형 소자의 하단부면에 접속되는 전극에도 열전도성 기판이 설치된다. 1 is an exploded perspective view showing a horizontal thermoelectric module using a general heterogeneous semiconductor. As shown in FIG. 1, a commercially available thermoelectric module is manufactured by pelletizing a plurality of p-type and n-type thermoelectric materials and assembling them electrically in series and thermally in parallel. The p-type device and the n-type device are connected in series between the electrode and the electrode in a vertical form, which is manufactured in the form of pi. A good thermally conductive substrate is provided on the electrodes connected to the upper end surfaces of the p-type device and the n-type device. A thermally conductive substrate is also provided on the electrodes connected to the lower end surfaces of the p-type device and the n-type device.

이때, 직류전원이 전극에 접속되어 열전모듈에 전류가 흐르게 되면, p형 소자와 n형 소자의 접합부에서는 전류의 방향에 의존하여 상하단의 열전도성 기판에서 열을 흡수하거나 방출하게 된다 (Peltier 현상). 한편, 전극에 부하를 접속하여 폐회로를 구성하고, 상하단의 열전도성 기판에 온도차를 부여하면 폐회로에 전류가 흘러 전력을 얻을 수 있다 (Seebeck 현상).At this time, when DC power is connected to the electrode and current flows through the thermoelectric module, heat is absorbed or emitted from the upper and lower thermally conductive substrates depending on the direction of current at the junction of the p-type and n-type devices (Peltier phenomenon) . On the other hand, when a load is connected to the electrodes to constitute a closed circuit, and a temperature difference is given to the upper and lower thermally conductive substrates, current flows through the closed circuit to obtain power (Seebeck phenomenon).

그러나, 종래의 열전모듈은 p형 소자와 n형 소자가 교차 반복되어 배열되고, 서로 접속된 채로 제작되기 때문에, 제작 후 치수 변경이 불가능한 단점이 있다. 결국, 원하는 치수를 최초 설계단계에서부터 결정해야하는 것이다. 특히 이러한 단점은 기상증착 등의 방법을 이용하는 박막형 열전모듈에서 문제되었다. 따라서, 제작 후 치수 변경이 가능한 열전모듈이 필요한 실정이다.However, in the conventional thermoelectric module, since the p-type device and the n-type device are repeatedly arranged and arranged so as to be connected to each other, there is a disadvantage that it is impossible to change dimensions after fabrication. After all, the desired dimensions must be determined from the initial design stage. Particularly, this disadvantage has been a problem in a thin film thermoelectric module using vapor deposition or the like. Therefore, a thermoelectric module capable of changing dimensions after fabrication is needed.

등록특허 10-1119595Patent No. 10-1119595 공개공보 10-2010-0094193Published Bulletin 10-2010-0094193 WO 2010-090460 A2WO 2010-090460 A2

따라서 본 발명은 상기 제시된 문제점을 개선하기 위하여 창안되었다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems.

본 발명의 제1목적은 모듈의 크기를 원하는 크기로 절단하여 사용할 수 있는 열전소자 집합체를 제공하는데에 있다.A first object of the present invention is to provide a thermoelectric element assembly capable of cutting a size of a module to a desired size.

본 발명의 제2목적은 모듈의 크기를 원하는 크기로 절단하여 사용할 수 있는 열전모듈을 제공하는데에 있다.It is a second object of the present invention to provide a thermoelectric module which can be used by cutting the size of a module to a desired size.

본 발명의 제3목적은 모듈의 크기를 원하는 크기로 절단하여 사용할 수 있는 열전모듈을 이용한 온도센서를 제공하는데에 있다.A third object of the present invention is to provide a temperature sensor using a thermoelectric module that can cut a module to a desired size.

본 발명의 제4목적은 모듈의 크기를 원하는 크기로 절단하여 사용할 수 있는 열전모듈을 이용한 펠티어 장치를 제공하는데에 있다.It is a fourth object of the present invention to provide a Peltier device using a thermoelectric module that can cut a desired size of a module.

본 발명의 제5목적은 모듈의 크기를 원하는 크기로 절단하여 사용할 수 있는 열전모듈 제조방법을 제공하는데에 있다.
A fifth object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thermoelectric module in which the size of a module can be cut to a desired size.

이하 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구체적 수단에 대하여 설명한다.Hereinafter, specific means for achieving the object of the present invention will be described.

본 발명의 제 1 목적은, 길이방향(L)으로 서로 평행하게 배치되고 2층의 지그재그형으로 배치되는 복수개의 기둥형 p형 소자(10) 및 상기 p형 소자(10) 각각의 사이에 배치되는 기둥형의 절연체(14)를 포함하는 p형 레이어(50); 및 길이방향(L)으로 서로 평행하게 배치되고 2층의 지그재그형으로 배치되는 복수개의 기둥형 n형 소자(12) 및 상기 n형 소자(12) 각각의 사이에 배치되는 상기 절연체(14)를 포함하고, 상기 p형 레이어(50)의 일측면에 구비되는 n형 레이어(52);를 포함하고, 상기 p형 레이어(50) 및 상기 n형 레이어(52)의 각 층간과 상기 p형 레이어(50)와 상기 n형 레이어(52)의 사이에는 층상의 절연재질인 절연층(16)이 배치되어, 상기 p형 레이어(50)와 상기 n형 레이어(52)가 이격되도록 구성되는 열전소자 집합체를 제공하여 달성될 수 있다.A first object of the present invention is to provide a semiconductor device comprising a plurality of columnar p-type devices (10) arranged in parallel to one another in a longitudinal direction (L) and arranged in a zigzag pattern of two layers and arranged between each of the p- A p-type layer (50) including a columnar insulator A plurality of columnar n-type elements 12 arranged in parallel in the longitudinal direction L and arranged in a zigzag pattern of two layers and the insulator 14 disposed between each of the n-type elements 12, Type layer 50 and an n-type layer 52 provided on one side of the p-type layer 50. The p-type layer 50 and the p- An insulating layer 16 of a layered insulating material is disposed between the n-type layer 50 and the n-type layer 52, and the p- ≪ / RTI >

상기 p형 레이어(50)의 상기 절연층(16)과의 접합면이 아닌 타측면을 절연 및 보호하는 제1기판(20); 및 상기 n형 레이어(52)의 상기 절연층(16)과의 접합면이 아닌 타측면을 절연 및 보호하는 제2기판(22); 를 더 포함하고, 상기 제1기판(20) 및 상기 제2기판(22)은 유연성 절연재질로 구성될 수 있다.A first substrate (20) for insulating and protecting the other side of the p-type layer (50) other than the bonding surface with the insulating layer (16); And a second substrate (22) for insulating and protecting the other side of the n-type layer (52) other than the bonding surface with the insulating layer (16); , And the first substrate (20) and the second substrate (22) may be made of a flexible insulating material.

상기 제1기판(20) 및 상기 제2기판(22)은 켑톤, 폴리이미드 또는 OHP필름으로 구성될 수 있다.The first substrate 20 and the second substrate 22 may be made of a polygonal, polyimide or OHP film.

상기 절연체(14)는 상기 p형 소자(10) 또는 상기 n형 소자(12)보다 두께가 얇게 구성될 수 있다.The insulator 14 may be formed to be thinner than the p-type device 10 or the n-type device 12.

상기 p형 소자(10) 또는 상기 n형 소자(12)는 분말상태의 열전소재, 금속분말 및 전도성 폴리머가 혼합되어 페이스트화된 형태로 설치될 수 있다.The p-type device 10 or the n-type device 12 may be provided in a paste form in which a thermoelectric material in a powder state, a metal powder, and a conductive polymer are mixed.

상기 금속분말은 Ag, Ni 또는 Cu로 구성되고, 200mesh 이하로 분쇄되며, 상기 p형 소자 또는 상기 n형 소자의 5~10 중량%로 구성될 수 있다.The metal powder may be composed of Ag, Ni or Cu and may be pulverized to 200mesh or less, and may be composed of 5 to 10% by weight of the p-type device or the n-type device.

상기 절연체(14) 및 상기 절연층(16)은 실리콘, 폴리우레탄 및 폴리스티렌 중 어느 하나로 구성될 수 있다.The insulator 14 and the insulating layer 16 may be formed of any one of silicon, polyurethane, and polystyrene.

상기 p형 소자(10) 또는 상기 n형 소자(12)는 Bi-Te계, Co-Sb계, Pb-Te계, Si-Ge계, Sb-Te계, Sm-Co계, 전이금속 규화물계 및 이들의 조합으로부터 선택되는 열전소재로 구성될 수 있다.
The p-type device 10 or the n-type device 12 may be a Bi-Te, Co-Sb, Pb-Te, Si-Ge, Sb-Te, Sm- And a thermoelectric material selected from a combination thereof.

본 발명의 제2목적은, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 열전소자 집합체(1); 상기 열전소자 집합체(1)의 전방측에서, 상기 열전소자 집합체(1)의 일구성인 p형 소자(10)와 n형 소자(12)가 연결되도록 구성되는 복수개의 제1전극(30); 상기 열전소자 집합체(1)의 후방측에서, 상기 p형 소자(10)와 상기 n형 소자(12)가 연결되도록 구성되는 복수개의 제2전극(32); 및 상기 p형 레이어(50) 또는 상기 n형 레이어(52)의 후방 일측과 타측에 각각 구비되고, 일측 단자(40)와 타측 단자(42)로 구성되는 단자(4); 를 포함하고, 상기 일측 단자(40)에서 상기 타측 단자(42)까지 복수개의 열전소자가 p-n-p-n 순서로 전기적 직렬로 연결되도록 구성되는 열전모듈을 제공하여 달성될 수 있다.A second object of the present invention resides in a thermoelectric element assembly (1) according to any one of claims 1 to 8; A plurality of first electrodes 30 configured to connect the p-type device 10 and the n-type device 12, which are one component of the thermoelectric element assembly 1, on the front side of the thermoelectric element assembly 1; A plurality of second electrodes (32) configured to connect the p-type device (10) and the n-type device (12) at the rear side of the thermoelectric element assembly (1); And a terminal (4) provided on one side of the rear side and the other side of the p-type layer (50) or the n-type layer (52) and constituted by one side terminal (40) and the other side terminal (42); And a plurality of thermoelectric elements from the one side terminal 40 to the other side terminal 42 are electrically connected in a pn-p-n order.

상기 p형 소자(10), 상기 열전소자 집합체(1)의 일구성인 절연체(14), 절연층(16) 및 상기 n형 소자(12)는 박막형태로 도포되어 구성될 수 있다.The p-type element 10, the insulator 14, the insulating layer 16, and the n-type element 12, which are constituent elements of the thermoelectric element assembly 1, may be applied in the form of a thin film.

상기 p형 소자(10), 상기 열전소자 집합체(1)의 일구성인 절연체(14), 절연층(16) 및 상기 n형 소자(12)는 벌크형태로 구성될 수 있다.
The p-type element 10, the insulator 14, the insulating layer 16, and the n-type element 12, which are constituent elements of the thermoelectric element assembly 1, may be configured in a bulk form.

본 발명의 제3목적은, 제9항에 따른 열전모듈(3); 상기 열전모듈(3)의 전방 단부에 설치되는 온도감지부; 상기 열전모듈(3)의 일구성인 단자(4)에 연결되는 온도산출부; 및 상기 온도산출부에서 산출되는 온도정보를 출력 또는 저장하는 제어부; 를 포함하는 온도센서를 제공하여 달성될 수 있다.
A third object of the invention is a thermoelectric module (3) according to claim 9; A temperature sensor installed at a front end of the thermoelectric module 3; A temperature calculation unit connected to the terminal 4, which is one component of the thermoelectric module 3; And a controller for outputting or storing temperature information calculated by the temperature calculator; And a temperature sensor for detecting the temperature of the substrate.

본 발명의 제4목적은, 제9항에 따른 열전모듈(3); 상기 열전모듈(3)의 일단부에 설치되는 저온부; 상기 열전모듈(3)의 타단부에 설치되는 고온부; 및 상기 열전모듈(3)의 일구성인 단자(4)에 연결되는 전원; 을 포함하고, 상기 전원에서 상기 열전모듈(3)에 전류를 공급하여 상기 저온부와 상기 고온부에 소정의 온도차이를 발생시키도록 구성되는 펠티어 장치를 제공하여 달성될 수 있다.
A fourth object of the invention is a thermoelectric module (3) according to claim 9; A low temperature part installed at one end of the thermoelectric module 3; A high temperature part provided at the other end of the thermoelectric module 3; And a power source connected to the terminal (4), which is one component of the thermoelectric module (3); And a peltier device configured to supply a current to the thermoelectric module (3) from the power source to generate a predetermined temperature difference between the low temperature part and the high temperature part.

본 발명의 제5목적은, 유연한 절연재질인 제1기판(20)의 상면에 전후방향으로 길게 구성되는 복수개의 p형 소자(10)를 2층의 지그재그형으로 구성하고, 상기 p형 소자(10) 사이에 절연체(14)를 배치하며, 층간에 절연층(16)을 배치하는 p형 레이어 설치단계; 상기 p형 레이어(50)의 상면에 상기 절연층(16)을 배치하고, 그 위에 전후방향으로 길게 구성되는 복수개의 n형 소자(12)를 2층의 지그재그형으로 구성하며, 상기 n형 소자(12) 사이에 상기 절연체(14)를 배치하고, 층간에 상기 절연층(16)을 배치하는 n형 레이어 설치단계; 상기 n형 레이어(52)의 상면에, 유연한 절연재질인 제2기판(22)을 설치하여 열전소자 집합체(1)를 완성하는 열전소자 집합체 완성단계; 사용자가 원하는 길이 또는 형상으로 상기 열전소자 집합체(1)를 절단하는 절단단계; 및 절단된 상기 열전소자 집합체(1)의 전방에 구비되어 상기 p형 소자(10)와 상기 n형 소자(12)를 각각 연결하는 복수개의 제1전극(30)을 설치하고, 상기 p형 레이어(50) 또는 상기 n형 레이어(52)의 후방 일측과 타측에 각각 단자(4)를 설치하며, 일측 단자(40)에서 타측 단자(42)까지 복수개의 열전소자가 p-n-p-n 순서로 전기적 직렬로 연결되도록 후방에 복수개의 제2전극(32)을 설치하는 열전모듈 완성단계;를 포함하는 열전모듈 제작방법을 제공하여 달성될 수 있다.A fifth object of the present invention is to provide a p-type device (10) comprising a plurality of p-type devices (10) elongated in the longitudinal direction on the upper surface of a first substrate (20) A p-type layer mounting step of disposing an insulator (14) between the layers (10) and placing an insulating layer (16) between the layers; The insulating layer 16 is disposed on the upper surface of the p-type layer 50, and a plurality of n-type elements 12, which are elongated in the back-and-forth direction, are formed thereon in a zigzag manner, An n-type layer providing step of disposing the insulator (14) between the layers (12) and arranging the insulating layer (16) between the layers; A step of completing a thermoelectric element assembly in which a second substrate 22, which is a flexible insulating material, is provided on an upper surface of the n-type layer 52 to complete the thermoelectric element assembly 1; A cutting step of cutting the thermoelectric element assembly (1) into a desired length or shape; And a plurality of first electrodes (30) provided in front of the cut thermoelectric element assembly (1) and connecting the p-type device (10) and the n-type device (12) A plurality of thermoelectric elements are arranged in the order of pnpn from one side terminal 40 to the other side terminal 42 in the order of pnpn, And a thermoelectric module finalizing step of installing a plurality of second electrodes (32) in the rear so that the thermoelectric module can be manufactured.

상기 p형 레이어 설치단계(S10) 및 상기 n형 레이어 설치단계(S20)에서 상기 p형 소자(10) 또는 상기 n형 소자(12)는 가압성형 공법을 통해 인쇄하는 것을 특징으로 할 수 있다.The p-type device 10 or the n-type device 12 may be printed by a press molding method in the p-type layer setting step S10 and the n-type layer setting step S20.

상기 p형 소자(10), 상기 n형 소자(12), 상기 절연체(14) 및 상기 절연층(16)은 박막형으로 제작될 수 있다.
The p-type device 10, the n-type device 12, the insulator 14, and the insulating layer 16 may be formed in a thin film.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 이하와 같은 효과가 있다.As described above, the present invention has the following effects.

첫째, 4층의 지그재그 형태로 소자들을 배열하여 열전모듈을 제작하는 데 있어서 전극형성 공정이 후공정이 되므로, 임의의 길이로 제작한 뒤, 사용자가 필요한 만큼 절단하여 사용할 수 있는 효과가 있다. First, since the electrode forming process is a post-process in manufacturing the thermoelectric module by arranging the elements in a zigzag form of four layers, it is possible to manufacture the thermoelectric module with an arbitrary length, and then cut and use it as needed by the user.

둘째, 열전모듈을 사용자가 필요한 만큼 절단하여 전극을 형성하여 이용하게 되므로, 임의의 위치에 적절히 맞춰 부착할 수 있는 효과가 있다.Second, since the thermoelectric module is cut by a user as necessary to form an electrode, the thermoelectric module can be suitably attached at an arbitrary position.

셋째, 제조시 제조 크기를 확정하지 않아도 되므로, 제조공정이 단순화되어 생산성이 향상되며 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.Thirdly, since manufacturing size is not determined at the time of manufacturing, the manufacturing process is simplified, productivity is improved, and manufacturing cost is reduced.

넷째, 열전소자에 전도성 폴리머를 혼합하여 전기전도성을 높임으로써, 온도센서와 펠티어소자 두 가지 모두의 사용이 가능한 효과가 있다.Fourth, by increasing the electrical conductivity by mixing the conductive polymer with the thermoelectric element, both the temperature sensor and the Peltier element can be used.

다섯째, 열전소자에 전도성 폴리머를 혼합하여 유연성을 높이고 밀도를 낮추는 효과가 있다.Fifth, the conductive polymer is mixed with the thermoelectric element to increase the flexibility and reduce the density.

여섯째, 기판을 유연한 재질로 구성하는 경우, 3차원의 적용대상에 효율적으로 부착할 수 있는 효과가 있다.
Sixth, when the substrate is made of a flexible material, it can be effectively attached to a three-dimensional object to be applied.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 일반적인 이종 반도체를 이용한 수평형 열전모듈을 나타내는 분해사시도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열전소자 집합체의 정면도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열전소자 집합체의 사시도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 절연체가 열전소자보다 얇은 열전소자 집합체의 정면도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 열전모듈의 분해사시도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 열전모듈의 결합사시도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 환형으로 구성한 열전모듈의 사시도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 환형으로 구성한 열전모듈의 사용상태를 도시한 개념도,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 열전모듈 제조방법을 도시한 순서도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this application, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description, And shall not be interpreted.
1 is an exploded perspective view showing a horizontal thermoelectric module using a general heterogeneous semiconductor,
2 is a front view of a thermoelectric element assembly according to an embodiment of the present invention;
3 is a perspective view of a thermoelectric element assembly according to an embodiment of the present invention,
FIG. 4 is a front view of a thermoelectric element assembly in which an insulator is thinner than a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention;
FIG. 5 is an exploded perspective view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention, FIG.
FIG. 6 is a perspective view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention,
7 is a perspective view of a thermoelectric module having an annular shape according to an embodiment of the present invention,
FIG. 8 is a conceptual diagram showing a use state of a thermoelectric module formed in an annular shape according to an embodiment of the present invention; FIG.
9 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작원리를 상세하게 설명함에 있어서 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following detailed description of the operation principle of the preferred embodiment of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
The same reference numerals are used for portions having similar functions and functions throughout the drawings. Throughout the specification, when a part is connected to another part, it includes not only a case where it is directly connected but also a case where the other part is indirectly connected with another part in between. In addition, the inclusion of an element does not exclude other elements, but may include other elements, unless specifically stated otherwise.

<열전소자 집합체>&Lt; Thermoelectric element aggregate &

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열전소자 집합체의 정면도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열전소자 집합체의 사시도를 도시한 것이다. 도 2, 3에 도시된 바와 같이, 열전소자 집합체(1)는 p형 소자(10), n형 소자(12), 절연체(14), 절연층(16), 제1기판(20) 및 제2기판(22)으로 구성될 수 있다. FIG. 2 is a front view of a thermoelectric element assembly according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a perspective view of a thermoelectric element assembly according to an embodiment of the present invention. 2 and 3, the thermoelectric element assembly 1 includes a p-type element 10, an n-type element 12, an insulator 14, an insulating layer 16, a first substrate 20, 2 substrate 22 as shown in FIG.

p형 소자(10)는 금속화합물 또는 반도체로 구성할 수 있고, 금속화합물 또는 반도체를 기계적 분쇄 또는 용융상태에서 분사하여 분말로 만들어서 전도성 폴리머 또는 금속분말과 혼합하여 페이스트화 된 형태로 구성할 수도 있다. 특히 반도체 소자는 취성이 강하기 때문에, 전도성 폴리머를 혼합하는 경우 유연성이 증대되는 효과 및 전기전도도가 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 금속분말은 Ag, Ni, 또는 Cu 등으로 구성될 수 있으며 200mesh 이하로 분쇄되어 5~10wt%로 구성될 수 있다. 이는 소자의 전기전도도를 향상시키게 된다. The p-type device 10 may be composed of a metal compound or a semiconductor, and may be formed into a paste by mixing a metal compound or a semiconductor with a conductive polymer or a metal powder by spraying the mixture in a mechanically pulverized or molten state . Particularly, since the semiconductor device has strong brittleness, when the conductive polymer is mixed, the flexibility and the electric conductivity can be improved. The metal powder may be composed of Ag, Ni, Cu or the like and may be ground to 200mesh or less and composed of 5 to 10wt%. This improves the electrical conductivity of the device.

p형 소자(10)의 소재에 있어서, 상온 부근에서 그 효율이 가장 좋은 열전소재는 현재까지 Bi-Te계 화합물 반도체로 알려져 있으며, Co-Sb계, Pb-Te계, Si-Ge계, Sb-Te계, Sm-Co계, 전이금속 규화물계 및 이들의 조합도 가능하다. 특히, Bi-Sb-Te 화합물 덩어리를 펠릿형태로 잘라서 서로 연결하는 어레이 형태로 제조하는 열전소자가 가장 상용화되어 있다. 소재의 선택은 이하 표 1과 같이 적용온도에 따라 이루어진다. The thermoelectric material having the best efficiency at around room temperature is known as a Bi-Te compound semiconductor in the material of the p-type device 10, and Co-Sb, Pb-Te, Si- -Te system, an Sm-Co system, a transition metal silicide system, or a combination thereof. Particularly, a thermoelectric element in which Bi-Sb-Te compound clusters are cut into pellets and is connected to each other in the form of an array is the most commercially available. The selection of materials is made according to the applied temperature as shown in Table 1 below.


적용온도 (섭씨)

Applicable temperature (Celsius)

소재

Material

227도 이하

Below 227 degrees

Bi, Sb 등의 VB 족 Telluride계

VB, Telluride series such as Bi and Sb

227 ~ 527도 이하

227 to 527 degrees or less

Pb, Ge, Se 등의 IVB 족 Telluride계

Pb, Ge, Se and other IVB telluride series

527 ~ 1027도 이하

527 to 1027 degrees or less

Fe1-XSi2MnX, Fe1-XSiCoX 규화물계

Fe 1 -XSi 2 MnX, Fe 1 -XSiCoX silicide series

기타 정성화된 열전소자 재료

Other Qualified Thermoelectric Materials

ZnSb, PbTe, Bi2Te3, PbSe, Bi2Se3, Sb2Te3, MnTe, GeTe, 3-4족 화합물

ZnSb, PbTe, Bi 2 Te 3 , PbSe, Bi 2 Se 3, Sb 2 Te 3, MnTe, GeTe, 3-4 group compound

p형 소자(10)는 길이방향(L)으로 길게 기둥형으로 구성될 수 있으며, 복수개가 구비되어 서로 평행하게 배치될 수 있다. 평면에서 바라보았을 때, 서로 겹치지 않도록 배치될 수 있고, 정면에서 바라보았을 때, 2층의 지그재그 형태를 구성할 수 있다. 이러한 p형 소자(10)가 2층의 지그재그 형태가 반복적으로 이어져서 p형 레이어(50)를 형성할 수 있다. 이러한 p형 소자(10)의 사이사이에 절연체(14)가 배치되고 층간에 절연층(16)이 배치되어 p형 소자(10) 각각이 서로 이격되도록 할 수 있다. 이는 p형 소자(10) 각각이 접하는 것을 방지하기 위함이다. The p-type device 10 may have a columnar shape elongated in the longitudinal direction L, and a plurality of the p-type devices 10 may be disposed parallel to each other. When viewed from the plane, they can be arranged so that they do not overlap each other, and when viewed from the front, a zigzag form of two layers can be formed. This p-type device 10 is repeatedly connected in a zigzag pattern of two layers, so that the p-type layer 50 can be formed. The insulator 14 may be disposed between the p-type devices 10 and the insulating layer 16 may be disposed between the p-type devices 10 to separate the p-type devices 10 from each other. This is to prevent each of the p-type devices 10 from touching each other.

n형 소자(12)는 금속화합물 또는 반도체로 구성할 수 있고, 금속화합물 또는 반도체를 기계적 분쇄 또는 용융상태에서 분사하여 분말로 만들어서 전도성 폴리머 또는 금속분말과 혼합하여 페이스트화 된 형태로 구성할 수도 있다. 특히 반도체 소자는 취성이 강하기 때문에, 전도성 폴리머를 혼합하는 경우 유연성이 증대되는 효과 및 전기전도도가 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 금속분말은 Ag, Ni, 또는 Cu 등으로 구성될 수 있으며 200mesh 이하로 분쇄되어 5~10wt%로 구성될 수 있다. 이는 소자의 전기전도도를 향상시키게 된다. 이는 종래기술에 비해 면저항이 1/100 이하로 줄어드는 효과를 가져올 수 있다.The n-type device 12 may be formed of a metal compound or a semiconductor, and may be formed into a powder by mixing a metal compound or a semiconductor in a mechanical pulverization or melting state, mixing the powder with a conductive polymer or metal powder, . Particularly, since the semiconductor device has strong brittleness, when the conductive polymer is mixed, the flexibility and the electric conductivity can be improved. The metal powder may be composed of Ag, Ni, Cu or the like and may be ground to 200mesh or less and composed of 5 to 10wt%. This improves the electrical conductivity of the device. This can bring about an effect of reducing the sheet resistance to 1/100 or less as compared with the prior art.

면저항이 줄어들면 능동소자, 즉 펠티어 소자로서의 동작이 원활해질 수 있다. 종래의 열전소자는 저항이 커서 온도센서로 동작하지만 펠티어 장치로는 사용하지 못하는 경우가 많았다. 그러나 본 발명의 일실시예에 의하면 면저항이 작아서 온도센서와 펠티어소자 두가지 모두의 사용이 가능해지는 효과가 있다. If the sheet resistance is reduced, the operation as the active element, that is, the Peltier element can be smooth. A conventional thermoelectric device has a large resistance and thus operates as a temperature sensor, but is often not used as a Peltier device. However, according to the embodiment of the present invention, since the sheet resistance is small, both the temperature sensor and the Peltier element can be used.

n형 소자(12)의 소재에 있어서, 상온 부근에서 그 효율이 가장 좋은 열전소재는 현재까지 Bi-Te계 화합물 반도체로 알려져 있으며, Co-Sb계, Pb-Te계, Si-Ge계, Sb-Te계, Sm-Co계, 전이금속 규화물계 및 이들의 조합도 가능하다. 특히, Bi-Sb-Te 화합물 덩어리를 펠릿형태로 잘라서 서로 연결하는 어레이 형태로 제조하는 열전소자가 가장 상용화되어 있다. 본 발명의 일실시예로, p형 소자(10)는 Cu로 구성하고 n형 소자(12)는 콘스탄탄(Constantan, 60% Cu and 40% Ni)으로 구성할 수 있다. 구체적인 소재의 선택은 위 표 1과 같이 적용온도에 따라 이루어진다. The thermoelectric material having the highest efficiency at around room temperature is known as a Bi-Te compound semiconductor in the material of the n-type device 12. Co-Sb, Pb-Te, Si-Ge, Sb -Te system, an Sm-Co system, a transition metal silicide system, or a combination thereof. Particularly, a thermoelectric element in which Bi-Sb-Te compound clusters are cut into pellets and is connected to each other in the form of an array is the most commercially available. In an embodiment of the present invention, the p-type device 10 may be made of Cu and the n-type device 12 may be made of Constantan (60% Cu and 40% Ni). The selection of specific materials is made according to the applied temperature as shown in Table 1 above.

n형 소자(12)는 길이방향(L)으로 길게 구성될 수 있으며, 복수개가 구비되어 서로 평행하게 배치될 수 있다. 평면에서 바라보았을 때, 서로 겹치지 않도록 배치될 수 있고, 정면에서 바라보았을 때, 2층의 지그재그 형태를 구성할 수 있다. 이러한 n형 소자(12)가 2층의 지그재그 형태가 반복적으로 이어져서 n형 레이어(52)를 형성할 수 있다. 이러한 n형 소자(12)의 사이사이에 절연체(14)가 배치되고 층간에 절연층(16)이 배치되어 n형 소자(12) 각각이 서로 이격되도록 할 수 있다. 이는 n형 소자(12) 각각이 접하는 것을 방지하기 위함이다. The n-type device 12 may be configured to be long in the longitudinal direction L, and a plurality of the n-type devices 12 may be disposed parallel to each other. When viewed from the plane, they can be arranged so that they do not overlap each other, and when viewed from the front, a zigzag form of two layers can be formed. This n-type device 12 is repeatedly connected in a zigzag pattern of two layers, whereby the n-type layer 52 can be formed. An insulator 14 is disposed between the n-type devices 12 and an insulating layer 16 is disposed between the n-type devices 12, so that the n-type devices 12 are separated from each other. This is to prevent each of the n-type devices 12 from touching each other.

이와 같은 2층의 지그재그 배열을 이용함으로써, 열전소자의 접속부가 열전모듈(3)의 양단부에 배치되게 되어 전극을 차후에 일체로 제작할 수 있는 효과가 있다. p형 소자(10)와 n형 소자(12)를 교차 반복하여 구성하였던 기존의 열전모듈은 접속부를 함께 만들어야 하기 때문에 제작의 최초시점에 크기를 결정해야하는 단점이 있었다. 이를 본 발명에서는 이러한 2층의 지그재그 배열을 하는 p형 소자(10)와 n형 소자(12)를 이용하여 4층의 지그재그 배열의 열전소자 집합체를 구성함으로써, 접속부를 함께 만들지 않고, 최후에 일체로 제작할 수 있기 때문에 종래의 위와 같은 단점을 극복할 수 있다.By using such a two-layered zigzag arrangement, the connecting portions of the thermoelectric elements 3 are arranged at both ends of the thermoelectric module 3, and the electrodes can be integrally manufactured later. the conventional thermoelectric module in which the p-type device 10 and the n-type device 12 are alternately repeated is required to make joints at the same time. According to the present invention, the thermoelectric element assembly of the four-layered zigzag array is formed by using the p-type element 10 and the n-type element 12 having the two-layer zigzag arrangement, It is possible to overcome the disadvantages of the prior art.

이와 같은 열전소재의 성능 또는 효율을 나타내는 인자로는 하기 수학식 1과 같이 정의되는 열전성능인자 Z 값을 사용한다.As a factor indicating the performance or efficiency of such a thermoelectric material, the thermoelectric performance factor Z value defined by the following Equation 1 is used.

Figure 112013047349397-pat00001
Figure 112013047349397-pat00001

Figure 112013047349397-pat00002
Figure 112013047349397-pat00002

수학식 1은 열전성능인자 Z에 관한 식이고, 수학식 2는 열전소자에서 최대냉각온도에 관한 식이다. 수학식 1에서 S는 제벡계수, sigma는 전기전도도, k는 열전도도이다. 수학식 2에서 delta Tmax는 최대냉각온도, 제벡(seebeck) 현상을 이용하는 열전발전 또는 온도센서의 경우에는 열전성능지수 Z에 의해 그 효율 또는 성능이 결정되고, 수학식 2와 같이 펠티어(Peltier) 현상을 이용하는 냉각모듈의 최대냉각온도도 마찬가지로 열전성능지수 Z에 의해 그 효율이 결정된다. ZT로 불리는 무차원 열전성능지수도 하나의 목표가 되는데, 즉 Z가 작아도 고온에서 사용가능하면 효율이 좋게 된다. 현재 실용화되고 있는 열전물질은 ZT가 1~2 사이에 있다.Equation (1) relates to the thermoelectric performance factor Z, and Equation (2) relates to the maximum cooling temperature in the thermoelectric device. In Equation (1), S is the Seebeck coefficient, sigma is the electrical conductivity, and k is the thermal conductivity. In the equation (2), the efficiency or performance is determined by the thermoelectric performance index Z in the case of a thermoelectric power generation or temperature sensor using delta Tmax and the seebeck phenomenon, and Peltier phenomenon The efficiency of the maximum cooling temperature of the cooling module using the thermoelectric performance index Z is likewise determined. The dimensionless thermoelectric performance index, also referred to as ZT, is also a goal, that is, the smaller the Z, the better the efficiency at higher temperatures. The thermoelectric material currently being used is in the range of 1 to 2 ZT.

결국 열전성능지수(Z)를 향상시켜 열전모듈의 효율성을 증대하기 위해서는 제벡계수(S)와 전기전도도가 크며 열전도도가 작은 재료가 필요하다. 따라서 금속은 그 종류와 관계없이 Wiedemann-Franz의 법칙에 의해 전기전도도를 높이는 동시에 열전도도를 낮추는 것은 불가능하고, Seebeck 계수가 매우 적기 때문에 금속소재만으로 열전모듈을 구성하는 것은 실용적이지 않을 수 있다. 적당한 불순물의 첨가에 의해 캐리어(전자 또는 정공)의 농도를 적당히 제어해야한다. 이에 러시아의 Ioffe는 주기율표의 2-5족, 4-6족 및 5-6족의 원소를 성분으로 한 화합물 반도체를 사용하면 열전발전의 변환효율을 2.5~4.0%까지 향상시킬 수 있다는 것을 제창한 바 있다.As a result, in order to improve the thermoelectric performance index (Z) and increase the efficiency of the thermoelectric module, a material having a high heat transfer coefficient and a high electric conductivity is required. Therefore, regardless of the type of metal, it is not possible to reduce the thermal conductivity while increasing the electrical conductivity according to Wiedemann-Franz's law, and it may not be practical to construct the thermoelectric module by metal alone because the Seebeck coefficient is very small. The concentration of the carrier (electron or hole) should be controlled appropriately by the addition of appropriate impurities. Ioffe of Russia proposed that the use of compound semiconductors based on elements of Groups 2-5, 4-6, and 5-6 in the periodic table could improve the conversion efficiency of thermoelectric power by 2.5-4.0% There is a bar.

또한, p형 소자(10)와 n형 소자(12)를 나노구조화 하면 열전성능인자를 구성하고 있는 열전도도, 전기전도도 및 제벡계수를 서로 독립적으로 제어할 수 있어 열전성능지수를 크게 향상시킬 수 있다. 이는 초격자구조를 통한 열전도도의 억제, 양자구속효과에 의해 밴드갭 제어를 통한 제벡계수의 향상이라는 요인에 의한다. 따라서 증착공정 등의 반도체 소자 제조공정을 통하여 열전모듈을 제작하는 경우 높은 효율의 열전모듈을 구현할 수 있다. 박막 열전소재로는 나노분말이용, 나노 와이어, 초격자 열전소재 등이 있다.When the p-type device 10 and the n-type device 12 are made to be nano-structured, the thermoconductivity, the electric conductivity and the Seebeck coefficient constituting the thermoelectric performance factor can be independently controlled, have. This is due to the suppression of the thermal conductivity through the superlattice structure and the improvement of the Seebeck coefficient through the band gap control by the quantum confinement effect. Therefore, when a thermoelectric module is manufactured through a semiconductor device manufacturing process such as a deposition process, a high efficiency thermoelectric module can be realized. Thin film thermoelectric materials include nanoparticles, nanowires, and superlattice thermoelectric materials.

다만, p형 소자(10)와 n형 소자(12)를 벌크화하여 열전모듈을 구성하면, 비록 위의 박막형보다 효율은 떨어질지 몰라도 절대적인 열량 또는 기전력이 향상되는 장점이 있다.However, if the p-type device 10 and the n-type device 12 are bulk-formed to form a thermoelectric module, the absolute heat or electromotive force may be improved although the efficiency may be lower than that of the thin film type.

절연체(14) 및 절연층(16)은 유연하면서도 전기적, 열적으로 절연성을 구비하는 소재로 구성될 수 있으며, 대표적으로 실리콘, 폴리우레탄 또는 폴리스티렌이 바람직하다. 절연체(14)는 기둥형으로 구성되어 p형 소자(10)의 사이사이, n형 소자(12)의 사이사이에 배치되고, 절연층(16)은 층상으로 구성되어, p형 소자(10)의 층간, 즉 p형 레이어(50)의 중간에 배치되고, n형 레이어(52)에도 마찬가지로 배치된다. 또한, p형 레이어(50)과 n형 레이어(52)의 사이에도 절연층(16)이 배치되게 된다. 결국 절연체(14)와 절연층(16)은 p형 소자(10)와 n형 소자(12)를 서로 이격시키고, 전기적 열적으로 절연시키기 위한 구성이다.The insulator 14 and the insulating layer 16 may be made of a flexible, electrically and thermally insulating material, typically silicon, polyurethane or polystyrene. The insulator 14 is formed in a columnar shape and disposed between the p-type devices 10 and between the n-type devices 12, and the insulating layer 16 is formed in layers, Type layer 50, and is also arranged in the n-type layer 52. [0060] The insulating layer 16 is also disposed between the p-type layer 50 and the n-type layer 52. Consequently, the insulator 14 and the insulating layer 16 are configured to electrically isolate the p-type device 10 and the n-type device 12 from each other.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 절연체가 열전소자보다 얇은 열전소자 집합체의 정면도를 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 절연체(14)가 p형 소자(10) 또는 n형 소자(12)보다 얇게 구성될 수 있다. 즉 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내에서 절연체(14)의 두께를 결정할 수 있다.4 is a front view of a thermoelectric element assembly in which an insulator is thinner than a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention. The insulator 14 may be configured to be thinner than the p-type device 10 or the n-type device 12, as shown in Fig. That is, the thickness of the insulator 14 can be determined within the scope of the present invention.

제1기판(20)은 열전소자를 보호하기 위한 것으로서 전기적 열적 단열재질로 구성될 수 있다. 열전소자 집합체의 넓은 일측면에 열전소자 집합체를 포함하도록 구비된다. 재질은 세라믹에서 실리콘, 켑톤, 폴리이미드 또는 OHP 등 유연성이 가미되는 것이 바람직하고, 절연성이 충분한 소재로 구성할 수 있다. 이러한 재질을 사용할 수 있는 이유는 후술하는 p형 소자(10) 및 n형 소자(12)를 인쇄하는 방법이 저온가압성형 공법을 사용할 수 있기 때문이다. The first substrate 20 is for protecting the thermoelectric elements and may be formed of an electrically thermal insulation material. And is provided to include a thermoelectric element assembly on a wide one side surface of the thermoelectric element assembly. It is preferable that the material is made of a material having flexibility such as silicon, phthalocyanine, polyimide or OHP in a ceramic, and it can be made of a material having sufficient insulation. The reason why such a material can be used is that a method of printing the p-type element 10 and the n-type element 12, which will be described later, can use the low-temperature compression molding method.

제2기판(22)은 열전소자를 보호하기 위한 것으로서 전기적 열적 단열재질로 구성될 수 있다. 열전소자 집합체의 넓은 타측면에 열전소자 집합체를 포함하도록 구비된다. 재질은 세라믹에서 실리콘, 켑톤, 폴리이미드 또는 OHP 등 유연성이 가미되는 것이 바람직하고, 절연성이 충분한 소재로 구성할 수 있다. 이러한 재질을 사용할 수 있는 이유는 후술하는 p형 소자(10) 및 n형 소자(12)를 인쇄하는 방법이 저온가압성형 공법을 사용할 수 있기 때문이다. 이로 인해서 굴곡면을 갖는 대상체에도 부착이 가능하고, 대상체의 형상 자유도가 커짐으로써 응용범위가 확대된다.
The second substrate 22 is for protecting the thermoelectric elements and may be composed of an electrically thermal insulating material. And a thermoelectric element assembly on a wide other side surface of the thermoelectric element assembly. It is preferable that the material is made of a material having flexibility such as silicon, phthalocyanine, polyimide or OHP in a ceramic, and it can be made of a material having sufficient insulation. The reason why such a material can be used is that a method of printing the p-type element 10 and the n-type element 12, which will be described later, can use the low-temperature compression molding method. As a result, it is possible to attach to an object having a curved surface, and the application range is expanded by increasing the degree of freedom of shape of the object.

<열전모듈><Thermoelectric module>

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 열전모듈의 분해사시도, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 열전모듈의 결합사시도이다. 도 5, 6에 도시된 바와 같이, 열전모듈(3)은 열전소자 집합체(1), 제1전극(30), 제2전극(32) 및 단자(4)로 구성될 수 있다.FIG. 5 is an exploded perspective view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is an assembled perspective view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention. 5 and 6, the thermoelectric module 3 may be composed of the thermoelectric element assembly 1, the first electrode 30, the second electrode 32, and the terminal 4.

열전소자 집합체(1)는 상기에서 언급한 열전소자 집합체(1)를 이용할 수 있다. 제1전극(30)과 제2전극(32)을 접속하면, 접속부가 작용점이 되어 온도센서에서는 온도감지면이 되고, 펠티어 장치에서는 발열면 혹은 냉각면이 된다. 즉, 열전소자 집합체(1)의 길이방향(L) 양단부에서 p형 소자(10)와 n형 소자(12)의 접속이 일어난다. The thermoelectric element aggregate (1) can use the above-mentioned thermoelectric element aggregate (1). When the first electrode 30 and the second electrode 32 are connected to each other, the connection portion serves as a point of action and serves as a temperature sensing surface in the temperature sensor and a heat generating surface or a cooling surface in the Peltier device. That is, connection of the p-type device 10 and the n-type device 12 occurs at both ends of the thermoelectric element assembly 1 in the longitudinal direction (L).

열전소자 집합체(1)는 각 p, n형의 열전소자 마다 2층의 지그재그 배열을 이용함으로써, 열전소자의 접속부가 열전모듈(3)의 양단부에 배치되게 되어 전극을 차후에 일체로 제작할 수 있는 효과가 있다. p형 소자(10)와 n형 소자(12)를 교차 반복하여 구성하였던 기존의 열전모듈은 접속부를 함께 만들어야 하기 때문에 제작의 최초시점에 크기를 결정해야하는 단점이 있었다. 이를 본 발명에서는 이러한 2층의 지그재그 배열을 하는 p형 소자(10)와 n형 소자(12)를 이용하여 4층의 지그재그 배열의 열전소자 집합체를 구성함으로써, 접속부를 함께 만들지 않고, 최후에 일체로 제작할 수 있기 때문에 종래의 위와 같은 단점을 극복할 수 있다.The thermoelectric element assembly 1 uses a zigzag arrangement of two layers for each of the p-type and n-type thermoelectric elements, so that the connecting portion of the thermoelectric elements is arranged at both ends of the thermoelectric module 3, . the conventional thermoelectric module in which the p-type device 10 and the n-type device 12 are alternately repeated is required to make joints at the same time. According to the present invention, the thermoelectric element assembly of the four-layered zigzag array is formed by using the p-type element 10 and the n-type element 12 having the two-layer zigzag arrangement, It is possible to overcome the disadvantages of the prior art.

제1전극(30)은 금속재질로 구성될 수 있으며, p형 소자(10)와 n형 소자(12)의 단부를 열전소자 집합체(1)의 길이방향(L) 전방 단부에서 연결하는 전극을 의미한다. 도 5, 6에 도시된 바와 같이 면에 수직한 방향으로 구성될 수 있다. The first electrode 30 may be made of a metal material and an electrode connecting the ends of the p-type device 10 and the n-type device 12 at the front end of the thermoelectric element assembly 1 in the longitudinal direction (L) it means. And may be configured in a direction perpendicular to the plane as shown in Figs.

제2전극(32)은 금속재질로 구성될 수 있으며, p형 소자(10)와 n형 소자(12)의 단부를 열전소자 집합체(1)의 길이방향(L) 후방 단부에서 연결하는 전극을 의미한다. 결국 제1전극(30)과 제2전극(32)을 통하여 열전소자 집합체(1) 내에 배치되는 모든 p형 소자(10) 및 n형 소자(12)가 p-n-p-n의 순서로 전기적 직렬 연결이 되도록 구성될 수 있다. The second electrode 32 may be made of a metal material and an electrode connecting the end portions of the p-type device 10 and the n-type device 12 at the rear end of the thermoelectric element assembly 1 in the longitudinal direction (L) it means. As a result, all the p-type devices 10 and the n-type devices 12 disposed in the thermoelectric element assembly 1 through the first electrode 30 and the second electrode 32 are configured to be electrically serially connected in the order of pnpn .

단자(4)는 열전소자 집합체(1)의 길이방향(L) 후방 단부의 양측면에 p형 소자(10) 또는 n형 소자(12)와 연결되어 전원이나 저항과 연결되는 단자를 의미한다. 일측 단자(40)와 타측 단자(42)로 구성된다. p형 소자(10)로 전류가 들어가면 n형 소자(12)로 전류가 나가도록 구성할 수 있다. 즉, 제1전극(30)과 제2전극(32)을 통하여 일측 단자(40)로 들어온 전류는 p-n-p-n의 순서로 열전소자를 지나 타측 단자(42)로 나가게 되는 것이다. p형 소자(10)와 n형 소자(12)는 전기적으로는 직렬, 열적으로는 병렬로 구성되어야 한다. The terminal 4 means a terminal connected to the power source or the resistor by being connected to the p-type device 10 or the n-type device 12 on both sides of the rear end of the thermoelectric element assembly 1 in the longitudinal direction (L). One terminal 40 and the other terminal 42. When the current flows into the p-type device 10, the current can flow through the n-type device 12. That is, the current that has entered the one terminal 40 through the first electrode 30 and the second electrode 32 passes through the thermoelectric element in the order of p-n-p-n, and then flows out to the other terminal 42. The p-type device 10 and the n-type device 12 should be electrically connected in series and thermally connected in parallel.

단자(4)와 제1전극(30), 제2전극(32)의 재질에 있어서는 본 발명의 목적을 달성하는 데에 제한이 되지 않는 금속, 또는 금속합금 재질로 구성할 수 있다. The terminal 4, the first electrode 30, and the second electrode 32 may be made of a metal or a metal alloy material which is not limited to achieve the object of the present invention.

대상물과 열전모듈(3)의 접촉면에는 방열컴파운드나 방열그리스 같은 열전달물질을 얇게(이론상 0.0025cm) 도포하여 열전달을 최대화할 수 있음은 자명하다. 또한 열전모듈(3)의 길이방향(L) 양단부에 별도의 기판을 구성할 수 있다. 다만 열전도성이 우수한 세라믹 또는 알루미늄 재질이 바람직하다.
It is obvious that a heat transfer material such as a heat dissipation compound or a heat dissipation grease may be applied to the contact surface of the object and the thermoelectric module 3 to a thin thickness (theoretically 0.0025 cm) to maximize heat transfer. Further, a separate substrate can be formed at both ends of the thermoelectric module 3 in the longitudinal direction (L). However, a ceramic or aluminum material having excellent thermal conductivity is preferable.

<온도센서><Temperature sensor>

본 발명의 일실시예에 따른 온도센서는 위에서 언급된 본 발명의 일실시예에 따른 열전모듈(3)을 이용할 수 있다. 이에 부가하여 열전모듈(3)의 전방 단부에 설치되는 온도감지부, 열전모듈의 일구성인 단자(4)에 연결되는 온도산출부 및 온도산출부에서 산출되는 온도정보를 출력 또는 저장하는 제어부를 포함하여 구성될 수 있다. 이에 의하면, 사용자가 필요한 만큼 절단하여 사용할 수 있는 온도센서가 구현 가능해지며, 본 발명의 일실시예에 따라 유연한 재질로 구성되는 경우, 3차원의 대상에 부착이 가능한 온도센서를 구현할 수 있다. The temperature sensor according to the embodiment of the present invention can use the thermoelectric module 3 according to the embodiment of the present invention mentioned above. In addition to this, a temperature sensor provided at the front end of the thermoelectric module 3, a temperature calculator connected to the terminal 4 constituting the thermoelectric module, and a controller for outputting or storing temperature information calculated by the temperature calculator And the like. According to this, a temperature sensor capable of being cut and used as much as the user can be implemented. In the case where the sensor is formed of a flexible material according to an embodiment of the present invention, a temperature sensor capable of attaching to a three-dimensional object can be realized.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 환형으로 구성한 열전모듈의 사시도, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 환형으로 구성한 열전모듈의 사용상태를 도시한 개념도이다. 도 7, 8에 도시된 바와 같이, 열전모듈(3)을 환형으로 구성하여 온도센서로 활용할 수 있다. 종래에는 넓은 면이 온도감지부로서의 역할을 수행하였고, 직각형태의 구성이 용이하였기 때문에, 이러한 형상이 불가능하였다. 환형을 구성함으로써 컵, 시료튜브 등의 밑면 온도의 정밀한 측정 등 다양한 3차원 대상에 대한 적용이 가능해진다.
FIG. 7 is a perspective view of an annular thermoelectric module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating a state of use of a thermoelectric module having an annular shape according to an embodiment of the present invention. As shown in FIGS. 7 and 8, the thermoelectric module 3 may be configured as an annular type and used as a temperature sensor. Conventionally, a large surface has served as a temperature sensing part, and the configuration of a rectangular shape is easy, so that such a shape is impossible. By forming the annular shape, it is possible to apply to various three-dimensional objects such as precise measurement of the temperature of the bottom surface of the cup, the sample tube, and the like.

<< 펠티어Peltier 장치> Devices>

본 발명의 일실시예에 따른 펠티어 장치는 본 발명의 일실시예에 따른 열전모듈(3)을 이용할 수 있다. 상기 열전모듈(3)의 일단부에 설치되는 저온부, 상기 열전모듈(3)의 타단부에 설치되는 고온부 및 상기 열전모듈(3)의 일구성인 단자에 연결되는 전원을 포함할 수 있고, 전원에서 열전모듈(3)에 전류를 공급하여 저온부와 고온부에 소정의 온도차이를 발생 및 유지시키도록 구성되는 펠티어 장치를 구현할 수 있다. 전압이 유지가 되면 온도 경도가 평형이 이루어진다. The Peltier device according to an embodiment of the present invention can use the thermoelectric module 3 according to an embodiment of the present invention. A low temperature section provided at one end of the thermoelectric module 3, a high temperature section provided at the other end of the thermoelectric module 3, and a power source connected to a terminal of the thermoelectric module 3, Temperature module and the thermoelectric module 3 to generate and maintain a predetermined temperature difference between the low-temperature section and the high-temperature section. When the voltage is maintained, the temperature hardness is balanced.

본 발명의 일실시예에 따르면, 전도성 폴리머와 금속 분말을 열전소재의 분말과 혼합하여 페이스트 형태를 절연층 위에 인쇄하여 제조하게 되므로, 면저항이 줄어들어 능동소자, 즉 펠티어 장치로서 동작이 원활해진다. 즉, 종래의 열전소자가 저항이 커서 온도센서로는 동작하지만 펠티어 장치로서는 사용 불가했던 점에 비하여 본 발명은 온도센서와 펠티어 장치 두 가지 모두의 사용이 가능해지는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, since the conductive polymer and the metal powder are mixed with the powder of the thermoelectric material and the paste is printed on the insulating layer, the sheet resistance is reduced and the operation as the active element, that is, the Peltier device, becomes smooth. That is, the conventional thermoelectric device can be used as both a temperature sensor and a Peltier device, whereas the conventional thermoelectric device can not be used as a Peltier device because it has a large resistance.

도 7, 8에 도시된 바와 같이, 열전모듈(3)을 환형으로 구성하여 펠티어 장치로 활용할 수 있다. 종래에는 넓은 면이 저온부 또는 고온부로서의 역할을 수행하였고, 직각형태의 구성이 용이하였기 때문에, 이러한 형상이 불가능하였다. 환형을 구성함으로써 컵 또는 시료튜브와 같은 구조의 밑면 등 다양한 3차원 대상에 대한 정밀하고 효율적인 가열 및 냉방이 가능해진다. 열이 방출되는 부분에 방열판(heat sink)이나 팬(fan)을 부착하여 효율을 증대할 수 있음은 자명하다.
As shown in FIGS. 7 and 8, the thermoelectric module 3 may be formed into an annular shape and used as a Peltier device. Conventionally, a large surface has served as a low-temperature portion or a high-temperature portion, and a rectangular-shaped configuration was easy, and this configuration was impossible. By constituting the annular shape, accurate and efficient heating and cooling of various three-dimensional objects such as a cup or a bottom surface of a structure such as a sample tube becomes possible. It is obvious that a heat sink or a fan can be attached to a portion where heat is emitted to increase the efficiency.

<변형 <Transformation 사용예Examples >>

본 발명의 일실시예에 따른 열전모듈(3)을 이용하는 경우 면저항이 줄어들어 효율이 높고, 형상 자유도가 높은 장점 때문에 피부의 감지속도만큼 빠르고 정밀한 온도 변화를 유도함으로써 온열감 제시장치와 같은 촉감제시 모듈로도 사용할 수 있다. In the case of using the thermoelectric module 3 according to an embodiment of the present invention, since the sheet resistance is reduced and the efficiency is high and the degree of freedom of shape is high, a temperature display change as fast as the detection speed of the skin is induced, Can also be used.

본 발명의 일실시예에 따른 열전모듈(3)을 이용하는 경우, 면저항이 줄어들어 효율이 높고, 형상 자유도가 높은 장점 때문에 다양한 열전발전 장치로 사용할 수 있다. 일 예로서 열전 발전장치는 태양열 발전과 함께 이용되어, 태양열 발전이 커버하지 못하는 파장 범위의 태양열 에너지를 이용하여 발전의 전체적인 효율을 증대할 수 있다는 장점이 있다. 뿐만 아니라, 인체에 부착하는 생체장치 등의 전원으로도 사용이 가능하다.In the case of using the thermoelectric module 3 according to an embodiment of the present invention, since the sheet resistance is reduced, the efficiency is high and the shape freedom degree is high, it can be used as various thermoelectric generators. As an example, a thermoelectric generator is used together with solar power generation, and it has an advantage that the overall efficiency of the power generation can be enhanced by using solar energy in a wavelength range not covered by solar power generation. In addition, it can be used as a power source for a living body device attached to a human body.

본 발명의 일실시예에 따른 열전모듈(3)을 이용하는 경우 면저항이 줄어들어 효율이 높고, 형상 자유도가 높은 장점 때문에 복수개의 단위픽셀 열전소자로 이루어지고, and 회로와 Row 멀티플렉서, Column 멀티플렉서, 증폭기 및 디스플레이로 구성되는 열원 이미지센서로의 사용도 가능하다.
In the case of using the thermoelectric module 3 according to an embodiment of the present invention, since the sheet resistance is reduced and the efficiency is high and the shape freedom degree is high, it is made up of a plurality of unit pixel thermoelectric elements, and the Row multiplexer, the column multiplexer, It can also be used as a heat source image sensor composed of a display.

<열전모듈 제조방법>&Lt; Method of manufacturing thermoelectric module &

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 열전모듈 제조방법을 도시한 순서도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 열전모듈 제조방법은 p형 레이어 설치단계(S10), n형 레이어 설치단계(S20), 열전소자 집합체 완성단계(S30), 절단단계(S40) 및 열전모듈 완성단계(S50)를 포함할 수 있다. 9 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention. 9, a method of manufacturing a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention includes a p-type layer mounting step S10, an n-type layer mounting step S20, a thermoelectric element assembly completion step S30, (S40) and a thermoelectric module completion step (S50).

p형 소자(10), n형 소자(12) 및 절연체는 thermal evaporation, flash evaportaion, PLD(pulesd laser deposition), ion beam sputtering 등 다양한 증착공정을 통하여 제조할 수 있고, MOCVD(Metal organic chemical vapor deposition), MBE(Molecular beam epitaxy)와 같은 박막 성장기술을 이용하면 비용과 시간이 많이 필요하지만 나노구조 형태로 정교하게 제조할 수 있다. 또한 스크린 프린팅이나 Co-sputtering 공정으로 정확한 조성비를 가진 박막형으로 제조가 가능하다. The p-type device 10, the n-type device 12 and the insulator can be manufactured through various deposition processes such as thermal evaporation, flash evaportion, PLD (plasma depletion deposition), ion beam sputtering, and MOCVD ) And MBE (Molecular Beam Epitaxy) are expensive and time consuming, but can be fabricated in a nanostructured fashion. In addition, it can be manufactured in thin film type with precise composition ratio by screen printing or co-sputtering process.

특히 Bi2Te3계 열전소재는 용융하여 일방향 응고시키는 방법과 페이스트 형태를 이용하는 저온가압성형, 열간 프레스법 및 열간 압축법에 의해 제조될 수 있다. 일방향 응고재는 뛰어난 열전특성을 나타낼 수 있지만, 낮은 생산성과 소형의 소자 가공시 재료손실이 많을 수 있다. 페이스트 형태를 이용하여 제조시 이러한 단점을 극복할 수 있다. 이를 위하여 본 발명의 일실시예에서는 열전소재, 금속 및 전도성 폴리머를 페이스트화하여 혼합하는 방식을 사용할 수 있다. In particular, the Bi 2 Te 3 thermoelectric material can be produced by a method of melting and unidirectional solidification and a low temperature press molding using a paste form, a hot pressing method and a hot pressing method. Unidirectional solidification materials can exhibit excellent thermoelectric properties, but may have low productivity and material loss during compact device processing. Such disadvantages can be overcome in manufacturing by using paste form. For this purpose, in one embodiment of the present invention, a method of mixing thermally conductive material, metal, and conductive polymer into paste may be used.

스크린 프린팅 방법을 이용한 실시예를 기재한다.An embodiment using a screen printing method will be described.

p형 레이어 설치단계(S10)는 제1기판(20)의 상면에 길이방향(L)으로 길게 구성되는 복수개의 p형 소자(10)를 소정길이 이격되면서 서로 평행하게 인쇄하고, 절연체(14)와 절연층(16)을 그 위에 도포한다. 인쇄된 절연층(16)의 상면에 다시 p형 소자(10)를 기 인쇄된 p형 소자(10)와 동일한 방향으로 인쇄하는데, 길이방향(L) 단부에서 보았을 때 2층의 지그재그 형태를 구성하도록 인쇄할 수 있다. 그 상면에 다시 절연체(14)와 절연층(16)을 도포하여 각각의 p형 소자(10)의 4면이 절연체(14)와 절연층(16)에 의해 밀폐되도록 구성한다. 절연체(14)와 절연층(16)을 경화시키기 위하여 자외선을 조사하는 단계를 더 포함할 수도 있다. In the p-type layer mounting step S10, a plurality of p-type elements 10, which are elongated in the longitudinal direction L, are printed on the upper surface of the first substrate 20, And the insulating layer 16 are applied thereon. The p-type device 10 is printed on the upper surface of the printed insulating layer 16 in the same direction as the printed p-type device 10 so as to form a two-layer zigzag form when viewed from the end in the longitudinal direction L . The insulator 14 and the insulating layer 16 are coated on the upper surface thereof so that the four sides of each p type device 10 are sealed by the insulator 14 and the insulating layer 16. And irradiating ultraviolet light to cure the insulator 14 and the insulating layer 16.

n형 레이어 설치단계(S20)는 제2기판(22)의 상면에 위와 같은 방식으로 n형 소자(12)와 절연체(14)와 절연층(16)을 인쇄할 수 있고, S10단계 에서 만들어진 p형 레이어(50)의 상면에 절연층(16)을 인쇄한 후 위와 같은 방식으로 n형 소자(12)와 절연체(14)와 절연층(16)을 인쇄할 수도 있다. In the n-type layer mounting step S20, the n-type device 12, the insulator 14 and the insulating layer 16 can be printed on the upper surface of the second substrate 22 in the same manner as described above. The n-type device 12, the insulator 14, and the insulating layer 16 may be printed in the above-described manner after the insulating layer 16 is printed on the upper surface of the n-

S10과 S20에서, n형 레이어(52)를 먼저 설치하고, 그 상면에 p형 레이어(50)를 설치하는 것도 가능하다. In S10 and S20, the n-type layer 52 may be provided first, and the p-type layer 50 may be provided on the top surface.

열전소자 집합체 완성단계(S30)는 S10과 S20을 통하여 만들어진 p형 레이어(50)와 n형 레이어(52)의 상면에 제2기판(22)을 설치하는 단계이다.The thermoelectric element assembly completion step (S30) is a step of installing the second substrate 22 on the upper surfaces of the p-type layer 50 and the n-type layer 52, which are made through S10 and S20.

절단단계(S40)는 S10 내지 S30을 통하여 만들어진 열전소자 집합체를 사용자가 필요한 크기로 절단하여 열전모듈 전구체를 만든 단계이다.In the cutting step S40, the thermoelectric module assembly produced through steps S10 to S30 is cut to a size required by the user to make the thermoelectric module precursor.

열전모듈 완성단계(S50)는 S40에서 사용자가 필요한 크기로 절단된 열전모듈 전구체의 길이방향(L) 양단부에 전극을 부착하고 일단 양측에 단자(40)를 연결하여 열전모듈을 완성할 수 있다. 이때, 제1전극(30)과 제2전극(32)의 배치는 p형 소자(10)와 n형 소자(12)가 p-n-p-n의 순서로 전기적 직렬을 이루도록 구성되어야하며, 열적으로는 병렬을 이루도록 전극이 배치되어야한다. 결국, 전방에 구비되는 제1전극(30)은 길이방향(L)에 수직한 방향으로 n형 소자(12)과 p형 소자(10)를 연결하면 되고, 후방에 구비되는 제2전극(32)은 대각선 방향으로 p형 소자(10)와 n형 소자(12)을 연결하여 전기적 직렬, 열적 병렬 구성으로 배치할 수 있다. In the thermoelectric module completing step (S50), the electrodes may be attached to both ends of the thermoelectric module precursor cut by the user in the longitudinal direction (L) at step S40, and the terminals 40 may be connected to both ends of the thermoelectric module precursor. At this time, the arrangement of the first electrode 30 and the second electrode 32 should be such that the p-type device 10 and the n-type device 12 are electrically connected in series in the order of pnpn, Electrodes should be placed. As a result, the first electrode 30 provided at the front may be connected to the p-type device 10 through the n-type device 12 in a direction perpendicular to the longitudinal direction L, and the second electrode 32 Can be arranged in an electrical serial or thermal parallel arrangement by connecting the p-type device 10 and the n-type device 12 in a diagonal direction.

이렇게 완성된 열전모듈(3)을 3차원의 대상체에 부착하고, 열전모듈(3)의 일단 양측에 구비되는 단자(4)에 전원 또는 저항을 연결하여 이용할 수 있는 것이다. 열전모듈(3)의 길이방향(L) 양단부가 열전소자 접속부이므로, 발전장치나 온도센서에서는 온도감지부, 펠티어 장치에서는 고온부 또는 저온부가 된다.
The completed thermoelectric module 3 may be attached to a three-dimensional object and connected to a terminal 4 provided at both ends of the thermoelectric module 3 by power or resistance. Since both ends in the longitudinal direction L of the thermoelectric module 3 are the thermoelectric element connection portions, the temperature sensing portion in the power generation device and the temperature sensor, and the high temperature portion or the low temperature portion in the Peltier device.

이상에서 언급한 열전소자, 전극 및 단자의 배열은 도면에 한정되지 않으며, 열전모듈의 용도별 변화에 따라 본 발명의 기술적 사상 안에서 결정될 수 있다.
The arrangements of the thermoelectric elements, electrodes and terminals described above are not limited to the drawings, and can be determined within the technical idea of the present invention depending on the application of the thermoelectric module.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
As described above, those skilled in the art will appreciate that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and from the equivalent concept are to be construed as being included in the scope of the present invention.

1: 열전소자 집합체
3: 열전모듈
4: 단자
10: p형 소자
12: n형 소자
14: 절연체
16: 절연층
20: 제1기판
22: 제2기판
30: 제1전극
32: 제2전극
40: 일측 단자
42: 타측 단자
50: p형 레이어
52: n형 레이어
L: 길이방향
1: thermoelectric element aggregate
3: Thermoelectric module
4: terminal
10: p-type device
12: n-type device
14: Insulator
16: Insulation layer
20: first substrate
22: second substrate
30: first electrode
32: second electrode
40: one terminal
42: the other terminal
50: p type layer
52: n-type layer
L: longitudinal direction

Claims (16)

길이방향(L)으로 서로 평행하게 배치되고 2층의 지그재그형으로 배치되는 복수개의 기둥형 p형 소자(10) 및 상기 p형 소자(10) 각각의 사이에 배치되는 기둥형의 절연체(14)를 포함하는 p형 레이어(50); 및
길이방향(L)으로 서로 평행하게 배치되고 2층의 지그재그형으로 배치되는 복수개의 기둥형 n형 소자(12) 및 상기 n형 소자(12) 각각의 사이에 배치되는 상기 절연체(14)를 포함하고, 상기 p형 레이어(50)의 일측면에 구비되는 n형 레이어(52);
를 포함하고,
상기 p형 레이어(50) 및 상기 n형 레이어(52)의 각 층간과 상기 p형 레이어(50)와 상기 n형 레이어(52)의 사이에는 층상의 절연재질인 절연층(16)이 배치되어, 상기 p형 레이어(50)와 상기 n형 레이어(52)가 이격되도록 구성되는 열전소자 집합체.
A plurality of columnar p-type devices 10 arranged in parallel in the longitudinal direction L and arranged in a zigzag pattern of two layers and a columnar insulator 14 disposed between each of the p- A p-type layer (50) comprising; And
A plurality of columnar n-type elements 12 arranged in parallel in the longitudinal direction L and arranged in a zigzag pattern of two layers and the insulator 14 disposed between each of the n-type elements 12 An n-type layer 52 provided on one side of the p-type layer 50;
Lt; / RTI &gt;
An insulating layer 16 which is a layered insulating material is disposed between the respective layers of the p-type layer 50 and the n-type layer 52 and between the p-type layer 50 and the n-type layer 52 , And the p-type layer (50) and the n-type layer (52) are spaced apart from each other.
제1항에 있어서,
상기 p형 레이어(50)의 상기 절연층(16)과의 접합면이 아닌 타측면을 절연 및 보호하는 제1기판(20); 및
상기 n형 레이어(52)의 상기 절연층(16)과의 접합면이 아닌 타측면을 절연 및 보호하는 제2기판(22);
를 더 포함하고,
상기 제1기판(20) 및 상기 제2기판(22)은 유연성 절연재질로 구성되는 열전소자 집합체.
The method according to claim 1,
A first substrate (20) for insulating and protecting the other side of the p-type layer (50) other than the bonding surface with the insulating layer (16); And
A second substrate (22) which insulates and protects the other side of the n-type layer (52) other than the bonding surface with the insulating layer (16);
Further comprising:
Wherein the first substrate (20) and the second substrate (22) are made of a flexible insulating material.
제2항에 있어서,
상기 제1기판(20) 및 상기 제2기판(22)은 켑톤, 폴리이미드 또는 OHP필름으로 구성되는 열전소자 집합체.
3. The method of claim 2,
Wherein the first substrate (20) and the second substrate (22) are made of a polytetrafluoroethylene, polyimide or OHP film.
제1항에 있어서,
상기 절연체(14)는 상기 p형 소자(10) 또는 상기 n형 소자(12)보다 두께가 얇게 구성되는 열전소자 집합체.
The method according to claim 1,
Wherein the insulator (14) is thinner than the p-type element (10) or the n-type element (12).
제1항에 있어서,
상기 p형 소자(10) 또는 상기 n형 소자(12)는 분말상태의 열전소재, 금속분말 및 전도성 폴리머가 혼합되어 페이스트화된 형태로 설치되는 열전소자 집합체.
The method according to claim 1,
The p-type device (10) or the n-type device (12) is provided in a paste form in which a thermoelectric material in a powder state, a metal powder, and a conductive polymer are mixed to form a paste.
제5항에 있어서,
상기 금속분말은 Ag, Ni 또는 Cu로 구성되고, 200mesh 이하로 분쇄되며, 상기 p형 소자 또는 상기 n형 소자의 5~10 중량%로 구성되는 열전소자 집합체.
6. The method of claim 5,
Wherein the metal powder is composed of Ag, Ni or Cu and is pulverized to 200mesh or less and is composed of 5 to 10% by weight of the p-type element or the n-type element.
제1항에 있어서,
상기 절연체(14) 및 상기 절연층(16)은 실리콘, 폴리우레탄 및 폴리스티렌 중 어느 하나로 구성되는 열전소자 집합체.
The method according to claim 1,
Wherein the insulator (14) and the insulating layer (16) are composed of any one of silicon, polyurethane and polystyrene.
제1항에 있어서,
상기 p형 소자(10) 또는 상기 n형 소자(12)는 Bi-Te계, Co-Sb계, Pb-Te계, Si-Ge계, Sb-Te계, Sm-Co계, 전이금속 규화물계 및 이들의 조합으로부터 선택되는 열전소재로 구성되는 열전소자 집합체.
The method according to claim 1,
The p-type device 10 or the n-type device 12 may be a Bi-Te, Co-Sb, Pb-Te, Si-Ge, Sb-Te, Sm- And a thermoelectric material selected from a combination thereof.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 열전소자 집합체(1);
상기 열전소자 집합체(1)의 전방측에서, 상기 열전소자 집합체(1)의 일구성인 p형 소자(10)와 n형 소자(12)가 연결되도록 구성되는 복수개의 제1전극(30);
상기 열전소자 집합체(1)의 후방측에서, 상기 p형 소자(10)와 상기 n형 소자(12)가 연결되도록 구성되는 복수개의 제2전극(32); 및
상기 p형 레이어(50) 또는 상기 n형 레이어(52)의 후방 일측과 타측에 각각 구비되고, 일측 단자(40)와 타측 단자(42)로 구성되는 단자(4);
를 포함하고,
상기 일측 단자(40)에서 상기 타측 단자(42)까지 복수개의 열전소자가 p-n-p-n 순서로 전기적 직렬로 연결되도록 구성되는 열전모듈.
A thermoelectric device assembly (1) according to any one of claims 1 to 8;
A plurality of first electrodes 30 configured to connect the p-type device 10 and the n-type device 12, which are one component of the thermoelectric element assembly 1, on the front side of the thermoelectric element assembly 1;
A plurality of second electrodes (32) configured to connect the p-type device (10) and the n-type device (12) at the rear side of the thermoelectric element assembly (1); And
A terminal 4 provided on one side and the other side of the rear side of the p-type layer 50 or the n-type layer 52 and composed of one side terminal 40 and the other side terminal 42;
Lt; / RTI &gt;
And a plurality of thermoelectric elements from the one side terminal (40) to the other side terminal (42) are connected in an electrically serial manner in the order of pnpn.
제9항에 있어서,
상기 p형 소자(10), 상기 열전소자 집합체(1)의 일구성인 절연체(14), 절연층(16) 및 상기 n형 소자(12)는 박막형태로 도포되어 구성되는 열전모듈.
10. The method of claim 9,
Wherein the p-type device (10), the insulator (14) as one component of the thermoelectric element assembly (1), the insulating layer (16) and the n-type device (12) are applied in a thin film form.
제9항에 있어서,
상기 p형 소자(10), 상기 열전소자 집합체(1)의 일구성인 절연체(14), 절연층(16) 및 상기 n형 소자(12)는 벌크형태로 구성되는 열전모듈.
10. The method of claim 9,
The thermoelectric module in which the p-type device (10), the insulator (14) constituting one component of the thermoelectric element assembly (1), the insulating layer (16) and the n-type device (12) are configured in a bulk form.
제9항에 따른 열전모듈(3);
상기 열전모듈(3)의 전방 단부에 설치되는 온도감지부;
상기 열전모듈(3)의 일구성인 단자(4)에 연결되는 온도산출부; 및
상기 온도산출부에서 산출되는 온도정보를 출력 또는 저장하는 제어부;
를 포함하는 온도센서.
A thermoelectric module (3) according to claim 9;
A temperature sensor installed at a front end of the thermoelectric module 3;
A temperature calculation unit connected to the terminal 4, which is one component of the thermoelectric module 3; And
A controller for outputting or storing temperature information calculated by the temperature calculator;
.
제9항에 따른 열전모듈(3);
상기 열전모듈(3)의 일단부에 설치되는 저온부;
상기 열전모듈(3)의 타단부에 설치되는 고온부; 및
상기 열전모듈(3)의 일구성인 단자(4)에 연결되는 전원;
을 포함하고,
상기 전원에서 상기 열전모듈(3)에 전류를 공급하여 상기 저온부와 상기 고온부에 소정의 온도차이를 발생시키도록 구성되는 펠티어 장치.
A thermoelectric module (3) according to claim 9;
A low temperature part installed at one end of the thermoelectric module 3;
A high temperature part provided at the other end of the thermoelectric module 3; And
A power source connected to the terminal 4, which is one component of the thermoelectric module 3;
/ RTI &gt;
And a current is supplied to the thermoelectric module (3) from the power source to generate a predetermined temperature difference between the low temperature section and the high temperature section.
유연한 절연재질인 제1기판(20)의 상면에 전후방향으로 길게 구성되는 복수개의 p형 소자(10)를 2층의 지그재그형으로 구성하고, 상기 p형 소자(10) 사이에 절연체(14)를 배치하며, 층간에 절연층(16)을 배치하는 p형 레이어 설치단계;
상기 p형 레이어(50)의 상면에 상기 절연층(16)을 배치하고, 그 위에 전후방향으로 길게 구성되는 복수개의 n형 소자(12)를 2층의 지그재그형으로 구성하며, 상기 n형 소자(12) 사이에 상기 절연체(14)를 배치하고, 층간에 상기 절연층(16)을 배치하는 n형 레이어 설치단계;
상기 n형 레이어(52)의 상면에, 유연한 절연재질인 제2기판(22)을 설치하여 열전소자 집합체(1)를 완성하는 열전소자 집합체 완성단계;
사용자가 원하는 길이 또는 형상으로 상기 열전소자 집합체(1)를 절단하는 절단단계; 및
절단된 상기 열전소자 집합체(1)의 전방에 구비되어 상기 p형 소자(10)와 상기 n형 소자(12)를 각각 연결하는 복수개의 제1전극(30)을 설치하고, 상기 p형 레이어(50) 또는 상기 n형 레이어(52)의 후방 일측과 타측에 각각 단자(4)를 설치하며, 일측 단자(40)에서 타측 단자(42)까지 복수개의 열전소자가 p-n-p-n 순서로 전기적 직렬로 연결되도록 후방에 복수개의 제2전극(32)을 설치하는 열전모듈 완성단계;
를 포함하는 열전모듈 제작방법.
A plurality of p-type devices 10, which are elongated in the front-rear direction, are formed on the upper surface of a first substrate 20, which is a flexible insulating material, in a zigzag shape of two layers. An insulator 14 is interposed between the p- A p-type layer providing step of arranging an insulating layer (16) between layers;
The insulating layer 16 is disposed on the upper surface of the p-type layer 50, and a plurality of n-type elements 12, which are elongated in the back-and-forth direction, are formed thereon in a zigzag manner, An n-type layer providing step of disposing the insulator (14) between the layers (12) and arranging the insulating layer (16) between the layers;
A step of completing a thermoelectric element assembly in which a second substrate 22, which is a flexible insulating material, is provided on an upper surface of the n-type layer 52 to complete the thermoelectric element assembly 1;
A cutting step of cutting the thermoelectric element assembly (1) into a desired length or shape; And
A plurality of first electrodes 30 provided in front of the cut thermoelectric element assembly 1 and connecting the p-type device 10 and the n-type device 12 are provided, and the p- 50 or the rear side and the other side of the n-type layer 52 and the plurality of thermoelectric elements from the one terminal 40 to the other terminal 42 are electrically connected in the order of pnpn A thermoelectric module finalizing step of providing a plurality of second electrodes 32 on the rear side;
/ RTI &gt;
제14항에 있어서,
상기 p형 레이어 설치단계(S10) 및 상기 n형 레이어 설치단계(S20)에서 상기 p형 소자(10) 또는 상기 n형 소자(12)는 가압성형 공법을 통해 인쇄하는 것을 특징으로 하는 열전모듈 제작방법.
15. The method of claim 14,
The p-type device 10 or the n-type device 12 is printed through a pressure molding method in the p-type layer setting step S10 and the n-type layer setting step S20. Way.
제14항에 있어서,
상기 p형 소자(10), 상기 n형 소자(12), 상기 절연체(14) 및 상기 절연층(16)은 박막형으로 제작되는 열전모듈 제작방법.
15. The method of claim 14,
Wherein the p-type device (10), the n-type device (12), the insulator (14) and the insulating layer (16) are formed in a thin film.
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