KR102706603B1 - Heat conversion device - Google Patents
Heat conversion device Download PDFInfo
- Publication number
- KR102706603B1 KR102706603B1 KR1020230076824A KR20230076824A KR102706603B1 KR 102706603 B1 KR102706603 B1 KR 102706603B1 KR 1020230076824 A KR1020230076824 A KR 1020230076824A KR 20230076824 A KR20230076824 A KR 20230076824A KR 102706603 B1 KR102706603 B1 KR 102706603B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- cooling water
- thermoelectric
- unit module
- water passage
- passage chamber
- Prior art date
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title abstract description 28
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims abstract description 97
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 33
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 195
- 239000000463 material Substances 0.000 description 78
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 72
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 32
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 25
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 25
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 16
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 15
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 12
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 11
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 10
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 10
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 9
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 8
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 8
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- -1 cyclic olefin Chemical class 0.000 description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 description 5
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N telluride(2-) Chemical compound [Te-2] XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 2
- IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N bisphenol A Chemical compound C=1C=C(O)C=CC=1C(C)(C)C1=CC=C(O)C=C1 IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXKLMJQFEQBVLD-UHFFFAOYSA-N bisphenol F Chemical compound C1=CC(O)=CC=C1CC1=CC=C(O)C=C1 PXKLMJQFEQBVLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011256 inorganic filler Substances 0.000 description 2
- 229910003475 inorganic filler Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012948 isocyanate Substances 0.000 description 2
- 150000002513 isocyanates Chemical class 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910016339 Bi—Sb—Te Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005679 Peltier effect Effects 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 230000005678 Seebeck effect Effects 0.000 description 1
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018110 Se—Te Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000008065 acid anhydrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- GYZLOYUZLJXAJU-UHFFFAOYSA-N diglycidyl ether Chemical compound C1OC1COCC1CO1 GYZLOYUZLJXAJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N olefin Natural products CCCCCCCC=C JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000011342 resin composition Substances 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005676 thermoelectric effect Effects 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
- H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/01—Manufacture or treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
- H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치는 제1 단위 모듈 그룹 및 제2 단위 모듈 그룹을 포함하는 복수의 단위 모듈 그룹, 그리고 상기 복수의 단위 모듈 그룹을 지지하는 프레임을 포함하고, 상기 제1 단위 모듈 그룹 및 상기 제2 단위 모듈 그룹 각각은 제1 방향을 따라 소정 간격으로 이격되어 배치된 복수의 단위 모듈을 포함하며, 상기 제1 단위 모듈 그룹 및 상기 제2 단위 모듈 그룹은 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 배치되고, 각 단위 모듈은 냉각수 통과 챔버, 상기 냉각수 통과 챔버의 제1 면에 배치된 제1 열전모듈, 상기 냉각수 통과 챔버의 제2 면에 배치된 제2 열전모듈, 상기 냉각수 통과 챔버의 상기 제1 면과 상기 제2 면 사이의 제3 면 측에 배치되는 제1 지지프레임, 그리고 상기 냉각수 통과 챔버의 상기 제1 면과 상기 제2 면 사이의 제4 면 측에 배치되는 제2 지지프레임을 포함하고, 각 냉각수 통과 챔버의 상기 제1 면, 상기 제2 면, 상기 제3 면 및 상기 제4 면 사이의 제5 면에는 냉각수 유입구가 형성되고, 상기 제1 면, 상기 제2 면, 상기 제3 면 및 상기 제4 면 사이의 제6 면에는 냉각수 배출구가 형성된다.According to one embodiment of the present invention, a heat conversion device comprises a plurality of unit module groups including a first unit module group and a second unit module group, and a frame supporting the plurality of unit module groups, wherein each of the first unit module group and the second unit module group comprises a plurality of unit modules arranged at a predetermined interval along a first direction, wherein the first unit module group and the second unit module group are arranged along a second direction intersecting the first direction, and each unit module comprises a cooling water passage chamber, a first thermoelectric module arranged on a first surface of the cooling water passage chamber, a second thermoelectric module arranged on a second surface of the cooling water passage chamber, a first support frame arranged on a third surface side between the first surface and the second surface of the cooling water passage chamber, and a second support frame arranged on a fourth surface side between the first surface and the second surface of the cooling water passage chamber, and a cooling water inlet is formed on a fifth surface between the first surface, the second surface, the third surface, and the fourth surface of each cooling water passage chamber. A cooling water discharge port is formed on a sixth surface between the first surface, the second surface, the third surface, and the fourth surface.
Description
본 발명은 열변환장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 더운 기체로부터의 열을 이용하여 발전시키는 열변환장치에 관한 것이다.The present invention relates to a heat conversion device, and more specifically, to a heat conversion device that generates power by utilizing heat from a hot gas.
열전현상은 재료 내부의 전자(electron)와 정공(hole)의 이동에 의해 발생하는 현상으로, 열과 전기 사이의 직접적인 에너지 변환을 의미한다.Thermoelectric effect is a phenomenon that occurs due to the movement of electrons and holes within a material, and refers to direct energy conversion between heat and electricity.
열전 소자는 열전현상을 이용하는 소자를 총칭하며, P형 열전 재료와 N형 열전 재료를 금속 전극들 사이에 접합시켜 PN 접합 쌍을 형성하는 구조를 가진다. Thermoelectric devices are a general term for devices that utilize the thermoelectric phenomenon, and have a structure that forms a PN junction pair by bonding a P-type thermoelectric material and an N-type thermoelectric material between metal electrodes.
열전 소자는 전기저항의 온도 변화를 이용하는 소자, 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제벡 효과를 이용하는 소자, 전류에 의한 흡열 또는 발열이 발생하는 현상인 펠티에 효과를 이용하는 소자 등으로 구분될 수 있다.Thermoelectric devices can be classified into devices that utilize temperature changes in electrical resistance, devices that utilize the Seebeck effect, which is a phenomenon in which electromotive force is generated by a temperature difference, and devices that utilize the Peltier effect, which is a phenomenon in which heat is absorbed or generated by an electric current.
열전 소자는 가전제품, 전자부품, 통신용 부품 등에 다양하게 적용되고 있다. 예를 들어, 열전 소자는 냉각용 장치, 온열용 장치, 발전용 장치 등에 적용될 수 있다. 이에 따라, 열전 소자의 열전성능에 대한 요구는 점점 더 높아지고 있다.Thermoelectric elements are widely used in home appliances, electronic components, and communication components. For example, thermoelectric elements can be used in cooling devices, heating devices, and power generation devices. Accordingly, the demand for thermoelectric performance of thermoelectric elements is increasing.
최근, 자동차, 선박 등의 엔진으로부터 발생한 폐열 및 열전소자를 이용하여 전기를 발생시키고자 하는 니즈가 있다. 이때, 발전성능을 높이기 위한 구조가 요구된다.Recently, there is a need to generate electricity using waste heat and thermoelectric elements generated from engines of automobiles, ships, etc. At this time, a structure for improving power generation performance is required.
이와 같이 폐열을 이용하는 발전용 장치의 경우, 조립성 개선 및 일부 모듈의 교체 가능성이 요구되며, 냉각수의 무게로 인하여 냉각수가 통과하는 영역을 지지하는 구조도 요구되고 있다.In the case of power generation devices that utilize waste heat like this, improved assembly and the possibility of replacing some modules are required, and a structure that supports the area through which the cooling water passes due to the weight of the cooling water is also required.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 폐열을 이용하여 발전하는 열변환장치를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a heat conversion device that generates power using waste heat.
본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치는 제1 단위 모듈 그룹 및 제2 단위 모듈 그룹을 포함하는 복수의 단위 모듈 그룹, 그리고 상기 복수의 단위 모듈 그룹을 지지하는 프레임을 포함하고, 상기 제1 단위 모듈 그룹 및 상기 제2 단위 모듈 그룹 각각은 제1 방향을 따라 소정 간격으로 이격되어 배치된 복수의 단위 모듈을 포함하며, 상기 제1 단위 모듈 그룹 및 상기 제2 단위 모듈 그룹은 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 배치되고, 각 단위 모듈은 냉각수 통과 챔버, 상기 냉각수 통과 챔버의 제1 면에 배치된 제1 열전모듈, 상기 냉각수 통과 챔버의 제2 면에 배치된 제2 열전모듈, 상기 냉각수 통과 챔버의 상기 제1 면과 상기 제2 면 사이의 제3 면 측에 배치되는 제1 지지프레임, 그리고 상기 냉각수 통과 챔버의 상기 제1 면과 상기 제2 면 사이의 제4 면 측에 배치되는 제2 지지프레임을 포함하고, 각 냉각수 통과 챔버의 상기 제1 면, 상기 제2 면, 상기 제3 면 및 상기 제4 면 사이의 제5 면에는 냉각수 유입구가 형성되고, 상기 제1 면, 상기 제2 면, 상기 제3 면 및 상기 제4 면 사이의 제6 면에는 냉각수 배출구가 형성된다.According to one embodiment of the present invention, a heat conversion device comprises a plurality of unit module groups including a first unit module group and a second unit module group, and a frame supporting the plurality of unit module groups, wherein each of the first unit module group and the second unit module group includes a plurality of unit modules arranged at a predetermined interval along a first direction, wherein the first unit module group and the second unit module group are arranged along a second direction intersecting the first direction, and each unit module comprises a cooling water passage chamber, a first thermoelectric module arranged on a first surface of the cooling water passage chamber, a second thermoelectric module arranged on a second surface of the cooling water passage chamber, a first support frame arranged on a third surface side between the first surface and the second surface of the cooling water passage chamber, and a second support frame arranged on a fourth surface side between the first surface and the second surface of the cooling water passage chamber, and a cooling water inlet is formed on a fifth surface between the first surface, the second surface, the third surface, and the fourth surface of each cooling water passage chamber. A cooling water discharge port is formed on a sixth surface between the first surface, the second surface, the third surface, and the fourth surface.
상기 프레임은 상기 제1 단위 모듈 그룹 및 상기 제2 단위 모듈 그룹 사이에 배치된 지지벽을 포함하고, 상기 지지벽에는 상기 냉각수 유입구의 위치 및 상기 냉각수 배출구의 위치에 대응하도록 홀이 형성되며, 상기 제1 단위 모듈 그룹에 포함된 복수의 단위 모듈 중 하나의 냉각수 배출구는 상기 홀을 통하여 상기 제2 단위 모듈 그룹에 포함된 복수의 단위 모듈 중 하나의 냉각수 유입구에 연결될 수 있다.The above frame includes a support wall arranged between the first unit module group and the second unit module group, and a hole is formed in the support wall to correspond to a position of the coolant inlet and a position of the coolant outlet, and a coolant outlet of one of the plurality of unit modules included in the first unit module group can be connected to a coolant inlet of one of the plurality of unit modules included in the second unit module group through the hole.
상기 냉각수 유입구에는 제1 피팅부재가 연결되고, 상기 냉각수 배출구에는 제2 피팅부재가 연결되며, 상기 홀에는 상기 제1 단위 모듈 그룹에 포함된 복수의 단위 모듈 중 하나의 냉각수 배출구에 연결된 제2 피팅부재 및 상기 제2 단위 모듈 그룹에 포함된 복수의 단위 모듈 중 하나의 냉각수 유입구에 연결된 제1 피팅부재가 끼워질 수 있다.A first fitting member is connected to the cooling water inlet, a second fitting member is connected to the cooling water outlet, and a second fitting member connected to the cooling water outlet of one of the plurality of unit modules included in the first unit module group and a first fitting member connected to the cooling water inlet of one of the plurality of unit modules included in the second unit module group can be fitted into the hole.
상기 제1 피팅부재의 외주면, 상기 제2 피팅부재의 외주면 및 상기 홀의 내주면은 함께 실링될 수 있다.The outer surface of the first fitting member, the outer surface of the second fitting member, and the inner surface of the hole can be sealed together.
상기 냉각수 통과 챔버의 상기 제5 면 및 상기 제6 면 각각에는 복수의 냉각수 유입구 및 복수의 냉각수 배출구가 형성되며, 상기 지지벽에는 상기 복수의 냉각수 유입구의 위치 및 상기 복수의 냉각수 배출구의 위치에 대응하도록 복수의 홀이 형성될 수 있다.A plurality of cooling water inlets and a plurality of cooling water outlets are formed on each of the fifth and sixth surfaces of the cooling water passage chamber, and a plurality of holes can be formed in the support wall to correspond to the positions of the plurality of cooling water inlets and the positions of the plurality of cooling water outlets.
상기 소정 간격으로 이격된 공간 사이를 기체가 통과하며, 상기 기체의 온도는 상기 냉각수 통과 챔버의 냉각수의 온도보다 높을 수 있다.Gas passes between the spaces spaced apart at the above-mentioned predetermined interval, and the temperature of the gas may be higher than the temperature of the cooling water in the cooling water passage chamber.
상기 기체는 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 교차하는 제3 방향을 따라 흐르고, 상기 냉각수 통과 챔버의 내부에는 상기 냉각수 유입구로부터 상기 냉각수 배출구까지 연결되는 냉각수 통과 관이 형성되며, 냉각수는 상기 냉각수 통과 관을 통하여 상기 제2 방향을 따라 흐를 수 있다.The gas flows along a third direction intersecting the first direction and the second direction, and a cooling water passage pipe is formed inside the cooling water passage chamber, connecting the cooling water inlet to the cooling water outlet, and the cooling water can flow along the second direction through the cooling water passage pipe.
상기 제1 지지프레임 및 상기 제2 지지프레임 중 적어도 하나는 H형상일 수 있다.At least one of the first support frame and the second support frame may be H-shaped.
상기 제1 단위 모듈 그룹은 제1 단위 모듈 및 상기 제1 방향을 따라 상기 제1 단위 모듈과 인접하도록 배열된 제2 단위 모듈을 포함하고, 상기 제1 단위 모듈의 제1 열전모듈은 상기 제1 면에 배치된 제1 열전소자 및 제1 히트싱크를 포함하며, 상기 제2 단위 모듈의 제2 열전모듈은 상기 제2 면에 배치된 제2 열전소자 및 상기 제2 열전소자에 배치된 제2 히트싱크를 포함하고, 상기 제1 히트싱크 및 상기 제2 히트싱크는 소정 간격을 이루며 서로 대향하도록 배치될 수 있다.The first unit module group includes a first unit module and a second unit module arranged adjacent to the first unit module along the first direction, the first thermoelectric module of the first unit module includes a first thermoelectric element and a first heat sink arranged on the first surface, the second thermoelectric module of the second unit module includes a second thermoelectric element arranged on the second surface, and a second heat sink arranged on the second thermoelectric element, and the first heat sink and the second heat sink can be arranged to face each other with a predetermined gap therebetween.
본 발명의 실시예에 따르면, 조립이 간단하면서도 발전성능이 우수한 열변환장치를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 단위 모듈의 개수를 조절하여 발전 용량을 조절할 수 있으며, 일부 단위 모듈의 교체 및 수리가 용이하다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 단위 모듈이 안정적으로 지지되므로, 진동이 발생하는 환경에서도 쉽게 변형되지 않아 신뢰성을 유지할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a heat conversion device that is simple to assemble and has excellent power generation performance can be obtained. In addition, according to an embodiment of the present invention, the power generation capacity can be adjusted by adjusting the number of unit modules, and some unit modules can be easily replaced and repaired. In addition, according to an embodiment of the present invention, since the unit modules are stably supported, they are not easily deformed even in an environment where vibration occurs, so that reliability can be maintained.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치의 부분 확대도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치에 포함되는 단위 모듈의 사시도이다.
도 4는 도 3의 단위 모듈의 분해도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈에 포함되는 열전 소자의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈에 포함되는 열전 소자의 사시도이다.FIG. 1 is a perspective view of a heat conversion device according to one embodiment of the present invention.
Figure 2 is a partially enlarged view of a heat conversion device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view of a unit module included in a heat conversion device according to one embodiment of the present invention.
Figure 4 is an exploded view of the unit module of Figure 3.
Figure 5 is a cross-sectional view of a heat conversion device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a thermoelectric element included in a thermoelectric module according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view of a thermoelectric element included in a thermoelectric module according to one embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The present invention can have various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated and described in the drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, but should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. Terms including ordinal numbers such as second, first, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are only used to distinguish one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the second component may be referred to as the first component, and similarly, the first component may also be referred to as the second component. The term and/or includes any combination of a plurality of related described items or any item among a plurality of related described items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When it is said that a component is "connected" or "connected" to another component, it should be understood that it may be directly connected or connected to that other component, but that there may be other components in between. On the other hand, when it is said that a component is "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there are no other components in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates otherwise. In this application, it should be understood that the terms "comprises" or "has" and the like are intended to specify the presence of a feature, number, step, operation, component, part or combination thereof described in the specification, but do not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms defined in commonly used dictionaries, such as those defined in common dictionaries, should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning they have in the context of the relevant art, and will not be interpreted in an idealized or overly formal sense unless expressly defined in this application.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the attached drawings. Regardless of the drawing symbols, identical or corresponding components are given the same reference numerals and redundant descriptions thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치의 부분 확대도이며, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치에 포함되는 단위 모듈의 사시도이고, 도 4는 도 3의 단위 모듈의 분해도이며, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치의 단면도이다. 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈에 포함되는 열전 소자의 단면도이고, 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈에 포함되는 열전 소자의 사시도이다. FIG. 1 is a perspective view of a heat conversion device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a partially enlarged view of a heat conversion device according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a perspective view of a unit module included in a heat conversion device according to an embodiment of the present invention, FIG. 4 is an exploded view of the unit module of FIG. 3, and FIG. 5 is a cross-sectional view of a heat conversion device according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a cross-sectional view of a thermoelectric element included in a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a perspective view of a thermoelectric element included in a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 열변환장치(10)는 복수의 단위 모듈 그룹 및 복수의 단위 모듈 그룹을 지지하는 프레임(2000)을 포함한다. 여기서, 각 단위 모듈 그룹은 복수의 단위 모듈(1000)을 포함한다. Referring to FIGS. 1 to 5, the heat conversion device (10) includes a plurality of unit module groups and a frame (2000) supporting the plurality of unit module groups. Here, each unit module group includes a plurality of unit modules (1000).
여기서, 복수의 단위 모듈(1000)은 제1 방향 및 제2 방향으로 각각 복수 개 배열될 수 있으며, 제2 방향은 제1 방향과 교차하는 방향, 예를 들어 제1 방향과 직각을 이루는 방향일 수 있다. 본 명세서에서, 제1 방향으로 배열된 복수의 단위 모듈(1000)은 하나의 단위 모듈 그룹을 이루는 것으로 설명될 수 있으며, 이에 따라, 복수의 단위 모듈 그룹은 제2 방향을 따라 배열될 수 있다. 여기서, 하나의 단위 모듈 그룹 내에 포함되는 복수의 단위 모듈(1000)은 소정 간격으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 본 명세서에서, 설명의 편의를 위하여, 열변환장치(10)는 제2 방향을 따라 배치된 5개의 단위 모듈 그룹, 즉 제1 단위 모듈 그룹(1000-A), 제2 단위 모듈 그룹(1000-B), 제3 단위 모듈 그룹(1000-C), 제4 단위 모듈 그룹(1000-D) 및 제5 단위 모듈 그룹(1000-E)을 포함하는 것을 예로 들어 설명하나, 이로 제한되는 것은 아니다. Here, the plurality of unit modules (1000) may be arranged in a plurality of first and second directions, respectively, and the second direction may be a direction intersecting the first direction, for example, a direction perpendicular to the first direction. In the present specification, the plurality of unit modules (1000) arranged in the first direction may be described as forming one unit module group, and accordingly, the plurality of unit module groups may be arranged along the second direction. Here, the plurality of unit modules (1000) included in one unit module group may be arranged to be spaced apart from each other at a predetermined interval. In this specification, for convenience of explanation, the heat conversion device (10) is described as including five unit module groups arranged along the second direction, namely, a first unit module group (1000-A), a second unit module group (1000-B), a third unit module group (1000-C), a fourth unit module group (1000-D), and a fifth unit module group (1000-E), but is not limited thereto.
프레임(2000)은 복수의 단위 모듈(1000)의 외곽을 둘러싸도록 배치되는 틀 또는 테두리일 수 있다. 이때, 프레임(2000)에는 복수의 단위 모듈(1000) 내부로 냉각수를 주입하기 위한 냉각수 유입관(미도시) 및 복수의 단위 모듈(1000)의 내부를 통과한 냉각수를 배출하기 위한 냉각수 배출관(미도시)이 형성될 수 있다. 냉각수 유입관 및 냉각수 배출관 중 하나는 복수의 단위 모듈 그룹 중 한 가장자리에 배치된 단위 모듈 그룹, 예를 들어 제1 단위 모듈 그룹(1000-A)의 측면에 배치된 테두리에 형성되고, 다른 하나는 복수의 단위 모듈 그룹 중 다른 가장자리에 배치된 단위 모듈 그룹, 예를 들어 제5 단위 모듈 그룹(1000-E)의 측면에 배치된 테두리에 형성될 수 있다.The frame (2000) may be a frame or frame arranged to surround the periphery of a plurality of unit modules (1000). At this time, a cooling water inlet pipe (not shown) for injecting cooling water into the interior of the plurality of unit modules (1000) and a cooling water discharge pipe (not shown) for discharging cooling water passing through the interior of the plurality of unit modules (1000) may be formed in the frame (2000). One of the cooling water inlet pipe and the cooling water discharge pipe may be formed in a frame arranged on a side of a unit module group arranged at one edge among the plurality of unit module groups, for example, a first unit module group (1000-A), and the other may be formed in a frame arranged on a side of a unit module group arranged at another edge among the plurality of unit module groups, for example, a fifth unit module group (1000-E).
특히, 도 3 내지 4를 참조하면, 각 단위 모듈(1000)은 냉각수 통과 챔버(1100), 냉각수 통과 챔버(1100)의 한 면(1101)에 배치된 제1 열전모듈(1200) 및 냉각수 통과 챔버(1100)의 다른 면(1102)에 배치된 제2 열전모듈(1300)을 포함한다. 여기서, 냉각수 통과 챔버(1100)의 한 면(1101) 및 다른 면(1102)은 제1 방향을 따라 소정 간격으로 서로 이격되도록 배치된 양면일 수 있으며, 본 명세서에서 냉각수 통과 챔버(1100)의 한 면(1101) 및 다른 면(1102)은 냉각수 통과 챔버(1100)의 제1 면 및 제2 면과 혼용될 수 있다. In particular, referring to FIGS. 3 and 4, each unit module (1000) includes a cooling water passage chamber (1100), a first thermoelectric module (1200) disposed on one side (1101) of the cooling water passage chamber (1100), and a second thermoelectric module (1300) disposed on the other side (1102) of the cooling water passage chamber (1100). Here, the one side (1101) and the other side (1102) of the cooling water passage chamber (1100) may be double-sided and disposed to be spaced apart from each other by a predetermined interval along the first direction, and in the present specification, the one side (1101) and the other side (1102) of the cooling water passage chamber (1100) may be used interchangeably with the first side and the second side of the cooling water passage chamber (1100).
제1 열전모듈(1200)의 저온부, 즉 방열부는 냉각수 통과 챔버(1100)의 제1 면(1101)의 외부 표면에 배치되고, 제1 열전모듈(1200)의 고온부, 즉 흡열부는 인접하는 다른 단위 모듈(1000)의 제2 열전모듈(1300)을 향하도록 배치될 수 있다. 이와 마찬가지로, 제2 열전모듈(1300)의 저온부, 즉 방열부는 냉각수 통과 챔버(1100)의 제2 면(1102)의 외부 표면에 배치되고, 제2 열전모듈(1300)의 고온부, 즉 흡열부는 인접하는 다른 단위 열전모듈(1000)의 제1 열전모듈(1200)을 향하도록 배치될 수 있다. The low-temperature part, i.e., the heat dissipation part, of the first thermoelectric module (1200) may be arranged on the outer surface of the first face (1101) of the cooling water passage chamber (1100), and the high-temperature part, i.e., the heat absorption part, of the first thermoelectric module (1200) may be arranged to face the second thermoelectric module (1300) of an adjacent unit module (1000). Similarly, the low-temperature part, i.e., the heat dissipation part, of the second thermoelectric module (1300) may be arranged on the outer surface of the second face (1102) of the cooling water passage chamber (1100), and the high-temperature part, i.e., the heat absorption part, of the second thermoelectric module (1300) may be arranged to face the first thermoelectric module (1200) of an adjacent unit thermoelectric module (1000).
본 발명의 실시예에 따른 열변환장치(10)는, 냉각수 통과 챔버(1100)를 통해 흐르는 냉각수 및 복수의 단위 모듈(1000) 간 이격된 공간을 통과하는 고온의 기체 간의 온도 차, 즉 제1 열전모듈(1200)의 흡열부와 발열부 간의 온도 차 및 제2 열전모듈(1300)의 흡열부와 방열부 간의 온도 차를 이용하여 전력을 생산할 수 있다. 여기서, 냉각수는 물일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 냉각 성능을 가지는 다양한 종류의 유체일 수 있다. 냉각수 통과 챔버(1100)로 유입되는 냉각수의 온도는 100℃ 미만, 바람직하게는 50℃ 미만, 더욱 바람직하게는 40℃ 미만일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 냉각수 통과 챔버(1100)를 통과한 후 배출되는 냉각수의 온도는 냉각수 통과 챔버(1100)로 유입되는 냉각수의 온도보다 높을 수 있다. 복수의 단위 모듈(1000) 간 이격된 공간을 통과하는 고온의 기체의 온도는 냉각수의 온도보다 높을 수 있다. 예를 들어, 복수의 단위 모듈(1000) 간 이격된 공간을 통과하는 고온의 기체의 온도는 100℃ 이상, 바람직하게는 150℃ 이상, 더욱 바람직하게는 200℃ 이상일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 이때, 복수의 단위 모듈(1000) 간 이격된 공간의 폭은 수mm 내지 수십 mm일 수 있으며, 열변환장치의 크기, 유입되는 기체의 온도, 기체의 유입 속도, 요구되는 발전량 등에 따라 달라질 수 있다. The heat conversion device (10) according to an embodiment of the present invention can generate power by utilizing the temperature difference between the cooling water flowing through the cooling water passage chamber (1100) and the high temperature gas passing through the spaced space between the plurality of unit modules (1000), that is, the temperature difference between the heat absorption and heat generation portions of the first thermoelectric module (1200) and the temperature difference between the heat absorption and heat dissipation portions of the second thermoelectric module (1300). Here, the cooling water may be water, but is not limited thereto, and may be various types of fluids having cooling performance. The temperature of the cooling water flowing into the cooling water passage chamber (1100) may be less than 100°C, preferably less than 50°C, and more preferably less than 40°C, but is not limited thereto. The temperature of the cooling water discharged after passing through the cooling water passage chamber (1100) may be higher than the temperature of the cooling water flowing into the cooling water passage chamber (1100). The temperature of the high temperature gas passing through the spaced apart space between the plurality of unit modules (1000) may be higher than the temperature of the cooling water. For example, the temperature of the high temperature gas passing through the spaced apart space between the plurality of unit modules (1000) may be 100°C or higher, preferably 150°C or higher, more preferably 200°C or higher, but is not limited thereto. At this time, the width of the spaced apart space between the plurality of unit modules (1000) may be several millimeters to several tens of millimeters, and may vary depending on the size of the heat conversion device, the temperature of the introduced gas, the inflow speed of the gas, the required power generation, etc.
제1 열전모듈(1200) 및 제2 열전모듈(1300)은 각각 복수 개의 열전소자(100)를 포함할 수 있다. 요구되는 발전량에 따라 각 열전모듈에 포함되는 열전소자의 개수를 조절할 수 있다. The first thermoelectric module (1200) and the second thermoelectric module (1300) may each include a plurality of thermoelectric elements (100). The number of thermoelectric elements included in each thermoelectric module may be adjusted depending on the required power generation amount.
각 열전모듈에 포함되는 복수 개의 열전소자(100)는 전기적으로 연결될 수 있으며, 복수 개의 열전소자(100)의 적어도 일부는 버스 바(미도시)를 이용하여 전기적으로 연결될 수 있다. 버스 바는, 예를 들어 고온의 기체가 복수의 단위 모듈(1000) 간의 이격된 공간을 통과한 후 배출되는 배출구 측에 배치될 수 있고, 외부 단자와 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1 열전모듈(1200) 및 제2 열전모듈(1300)을 위한 PCB가 열변환장치의 내부에 배치되지 않고도 제1 열전모듈(1200) 및 제2 열전모듈(1300)에 전원이 공급될 수 있으며, 이에 따라 열변환장치의 설계 및 조립이 용이하다. 각 단위 모듈(1000)은 복수의 열전소자(100) 사이에 배치되는 단열층(1400) 및 실드층(1500)을 더 포함할 수 있다. 단열층(1400)은 냉각수 통과 챔버(1100)의 외부 표면 중 열전소자(100)가 배치되는 영역을 제외하고 냉각수 통과 챔버(1100)의 외부 표면의 적어도 일부를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 특히, 냉각수 통과 챔버(1100)의 외부 표면 중 복수의 열전소자(100)가 배치되는 제1 면(1101) 및 제2 면(1102)에서 열전소자(100) 사이에 단열층(1400)이 배치되는 경우, 단열층(1400)으로 인하여 열전소자(100)의 저온부 측과 고온부 측 간 단열이 유지될 수 있으므로, 발전 효율을 높일 수 있다. A plurality of thermoelectric elements (100) included in each thermoelectric module can be electrically connected, and at least some of the plurality of thermoelectric elements (100) can be electrically connected using a bus bar (not shown). The bus bar can be arranged, for example, on the side of an exhaust port through which high-temperature gas is discharged after passing through a spaced space between the plurality of unit modules (1000), and can be connected to an external terminal. Accordingly, power can be supplied to the first thermoelectric module (1200) and the second thermoelectric module (1300) without the PCB for the first thermoelectric module (1200) and the second thermoelectric module (1300) being arranged inside the heat conversion device, and thus the design and assembly of the heat conversion device are easy. Each unit module (1000) can further include an insulating layer (1400) and a shield layer (1500) arranged between the plurality of thermoelectric elements (100). The insulation layer (1400) may be arranged to surround at least a portion of the outer surface of the cooling water passage chamber (1100) except for the area where the thermoelectric elements (100) are arranged among the outer surfaces of the cooling water passage chamber (1100). In particular, when the insulation layer (1400) is arranged between the thermoelectric elements (100) on the first surface (1101) and the second surface (1102) of the outer surface of the cooling water passage chamber (1100) where a plurality of thermoelectric elements (100) are arranged, insulation between the low-temperature side and the high-temperature side of the thermoelectric elements (100) can be maintained due to the insulation layer (1400), so that power generation efficiency can be increased.
그리고, 실드층(1500)은 단열층(1400) 상에 배치되며, 단열층(1400) 및 복수의 열전소자(100)를 보호할 수 있다. 이를 위하여, 실드층(1500)은 스테인리스 소재를 포함할 수 있다. And, the shield layer (1500) is placed on the insulation layer (1400) and can protect the insulation layer (1400) and the plurality of thermoelectric elements (100). For this purpose, the shield layer (1500) may include a stainless steel material.
실드층(1500)과 냉각수 통과 챔버(1100)는 스크류에 의하여 체결될 수 있다. 이에 따라, 실드층(1500)은 단위 모듈(1000)에 안정적으로 결합할 수 있으며, 제1 열전모듈(1200) 또는 제2 열전모듈(1300)과 단열층(1400)도 함께 고정될 수 있다. The shield layer (1500) and the cooling water passage chamber (1100) can be fastened by a screw. Accordingly, the shield layer (1500) can be stably connected to the unit module (1000), and the first thermoelectric module (1200) or the second thermoelectric module (1300) and the insulation layer (1400) can also be fixed together.
이때, 제1 열전모듈(1200) 및 제2 열전모듈(1300) 각각은 냉각수 통과 챔버(1100)의 제1 면(1101) 및 제2 면(1102)에 써멀패드(thermal pad, 1600)를 이용하여 접착될 수도 있다. 써멀패드(1600)는 열전달이 용이하므로, 냉각수 통과 챔버(1100)와 열전모듈 간의 열전달이 방해 받지 않을 수 있다. 그리고, 제1 열전모듈(1200) 및 제2 열전모듈(1300) 각각은 열전소자(100)의 고온부 측에 배치된 히트싱크(200) 및 열전소자(100)의 저온부 측에 배치된 금속 플레이트(300), 예를 들어 알루미늄 플레이트를 더 포함할 수 있다. 이때, 히트싱크(200)는 인접하는 다른 단위 모듈을 향하여 배치된다. 제1 열전모듈(1200)에 포함되는 히트싱크(200)는 인접하는 다른 단위 모듈(1000-1, 도 2 참조)의 제2 열전모듈(1300)을 향하여 배치되며, 제2 열전모듈(1300)에 포함되는 히트싱크(200)는 인접하는 또 다른 단위 모듈(1000-2, 도 2 참조)의 제1 열전모듈(1200)을 향하여 배치될 수 있다. 이때, 인접하는 서로 다른 단위 모듈(1000)들의 히트싱크(200)들은 소정 간격으로 이격될 수 있다. 이에 따라, 복수의 단위 모듈(1000) 사이를 통과하는 공기의 온도가 히트싱크(200)를 통하여 열전소자(100)의 고온부 측에 효율적으로 전달될 수 있다. 한편, 금속 플레이트(300), 예를 들어 알루미늄 플레이트는 열전달 효율이 높으므로, 냉각수 통과 챔버(1100)를 통과하는 냉각수의 온도가 금속 플레이트(300)를 통하여 열전소자(100)의 저온부 측에 효율적으로 전달될 수 있다. 도시된 바와 같이, 하나의 금속 플레이트(300)에는 복수 개의 열전소자(100)가 배치될 수도 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 하나의 금속 플레이트(300)에는 하나의 열전소자(100)가 배치될 수도 있다.At this time, each of the first thermoelectric module (1200) and the second thermoelectric module (1300) may be bonded to the first surface (1101) and the second surface (1102) of the cooling water passage chamber (1100) using a thermal pad (1600). Since the thermal pad (1600) facilitates heat transfer, heat transfer between the cooling water passage chamber (1100) and the thermoelectric module may not be hindered. In addition, each of the first thermoelectric module (1200) and the second thermoelectric module (1300) may further include a heat sink (200) arranged on the high temperature side of the thermoelectric element (100) and a metal plate (300), for example, an aluminum plate, arranged on the low temperature side of the thermoelectric element (100). At this time, the heat sink (200) is arranged toward another adjacent unit module. The heat sink (200) included in the first thermoelectric module (1200) is arranged toward the second thermoelectric module (1300) of an adjacent unit module (1000-1, see FIG. 2), and the heat sink (200) included in the second thermoelectric module (1300) can be arranged toward the first thermoelectric module (1200) of another adjacent unit module (1000-2, see FIG. 2). At this time, the heat sinks (200) of the adjacent different unit modules (1000) can be spaced apart from each other by a predetermined interval. Accordingly, the temperature of the air passing between the plurality of unit modules (1000) can be efficiently transferred to the high temperature side of the thermoelectric element (100) through the heat sink (200). Meanwhile, since the metal plate (300), for example, an aluminum plate, has high heat transfer efficiency, the temperature of the cooling water passing through the cooling water passage chamber (1100) can be efficiently transferred to the low-temperature side of the thermoelectric element (100) through the metal plate (300). As illustrated, a plurality of thermoelectric elements (100) may be arranged on one metal plate (300), but is not limited thereto, and one thermoelectric element (100) may be arranged on one metal plate (300).
도 6 내지 7을 참조하면, 각 열전소자(100)는 제1 기판(110), 제1 기판(110) 상에 배치된 복수의 제1 전극(120), 복수의 제1 전극(120) 상에 배치된 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140), 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140) 상에 배치된 복수의 제2 전극(150), 그리고 복수의 제2 전극(150) 상에 배치된 제2 기판(160)을 포함한다. Referring to FIGS. 6 and 7, each thermoelectric element (100) includes a first substrate (110), a plurality of first electrodes (120) disposed on the first substrate (110), a plurality of P-type thermoelectric legs (130) and a plurality of N-type thermoelectric legs (140) disposed on the plurality of first electrodes (120), a plurality of second electrodes (150) disposed on the plurality of P-type thermoelectric legs (130) and the plurality of N-type thermoelectric legs (140), and a second substrate (160) disposed on the plurality of second electrodes (150).
이때, 제1 전극(120)은 제1 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 하부 바닥면 사이에 배치되고, 제2 전극(150)은 제2 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 상부 바닥면 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라, 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)는 제1 전극(120) 및 제2 전극(150)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 전극(120)과 제2 전극(150) 사이에 배치되며, 전기적으로 연결되는 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 단위 셀을 형성할 수 있다. At this time, the first electrode (120) may be disposed between the first substrate (110) and the lower bottom surfaces of the P-type thermoelectric leg (130) and the N-type thermoelectric leg (140), and the second electrode (150) may be disposed between the second substrate (160) and the upper bottom surfaces of the P-type thermoelectric leg (130) and the N-type thermoelectric leg (140). Accordingly, the plurality of P-type thermoelectric legs (130) and the plurality of N-type thermoelectric legs (140) may be electrically connected by the first electrode (120) and the second electrode (150). A pair of P-type thermoelectric legs (130) and N-type thermoelectric legs (140) disposed between the first electrode (120) and the second electrode (150) and electrically connected may form a unit cell.
여기서, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Ti)를 주원료로 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. P형 열전 레그(130)는 전체 중량 100wt%에 대하여 안티몬(Sb), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 주원료 물질 99 내지 99.999wt%와 Bi 또는 Te를 포함하는 혼합물 0.001 내지 1wt%를 포함하는 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, 주원료물질이 Bi-Se-Te이고, Bi 또는 Te를 전체 중량의 0.001 내지 1wt%로 더 포함할 수 있다. N형 열전 레그(140)는 전체 중량 100wt%에 대하여 셀레늄(Se), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 주원료 물질 99 내지 99.999wt%와 Bi 또는 Te를 포함하는 혼합물 0.001 내지 1wt%를 포함하는 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, 주원료물질이 Bi-Sb-Te이고, Bi 또는 Te를 전체 중량의 0.001 내지 1wt%로 더 포함할 수 있다.Here, the P-type thermoelectric leg (130) and the N-type thermoelectric leg (140) may be bismuth telluride (Bi-Te)-based thermoelectric legs containing bismuth (Bi) and tellurium (Ti) as main materials. The P-type thermoelectric leg (130) may be a thermoelectric leg containing 99 to 99.999 wt% of a bismuth telluride (Bi-Te)-based main material material containing at least one of antimony (Sb), nickel (Ni), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), lead (Pb), boron (B), gallium (Ga), tellurium (Te), bismuth (Bi), and indium (In) with respect to 100 wt% of the total weight, and 0.001 to 1 wt% of a mixture containing Bi or Te. For example, the main raw material may be Bi-Se-Te, and may further include Bi or Te in an amount of 0.001 to 1 wt% of the total weight. The N-type thermoelectric leg (140) may be a thermoelectric leg including 99 to 99.999 wt% of a bismuth telluride (Bi-Te)-based main raw material including at least one of selenium (Se), nickel (Ni), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), lead (Pb), boron (B), gallium (Ga), tellurium (Te), bismuth (Bi), and indium (In) with respect to 100 wt% of the total weight, and 0.001 to 1 wt% of a mixture including Bi or Te. For example, the main raw material may be Bi-Sb-Te, and may further include Bi or Te in an amount of 0.001 to 1 wt% of the total weight.
P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 벌크형 또는 적층형으로 형성될 수 있다. 일반적으로 벌크형 P형 열전 레그(130) 또는 벌크형 N형 열전 레그(140)는 열전 소재를 열처리하여 잉곳(ingot)을 제조하고, 잉곳을 분쇄하고 체거름하여 열전 레그용 분말을 획득한 후, 이를 소결하고, 소결체를 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다. 적층형 P형 열전 레그(130) 또는 적층형 N형 열전 레그(140)는 시트 형상의 기재 상에 열전 소재를 포함하는 페이스트를 도포하여 단위 부재를 형성한 후, 단위 부재를 적층하고 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다.The P-type thermoelectric leg (130) and the N-type thermoelectric leg (140) can be formed in a bulk or laminated form. In general, the bulk P-type thermoelectric leg (130) or the bulk N-type thermoelectric leg (140) can be obtained through a process of heat-treating a thermoelectric material to manufacture an ingot, crushing and sieving the ingot to obtain powder for the thermoelectric leg, sintering the powder, and cutting the sintered body. The laminated P-type thermoelectric leg (130) or the laminated N-type thermoelectric leg (140) can be obtained through a process of forming a unit member by applying a paste including a thermoelectric material on a sheet-shaped substrate, and then laminating and cutting the unit members.
이때, 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 동일한 형상 및 체적을 가지거나, 서로 다른 형상 및 체적을 가질 수 있다. 예를 들어, P형 열전 레그(130)와 N형 열전 레그(140)의 전기 전도 특성이 상이하므로, N형 열전 레그(140)의 높이 또는 단면적을 P형 열전 레그(130)의 높이 또는 단면적과 다르게 형성할 수도 있다. At this time, a pair of P-type thermoelectric legs (130) and N-type thermoelectric legs (140) may have the same shape and volume, or may have different shapes and volumes. For example, since the electrical conduction characteristics of the P-type thermoelectric legs (130) and N-type thermoelectric legs (140) are different, the height or cross-sectional area of the N-type thermoelectric legs (140) may be formed differently from the height or cross-sectional area of the P-type thermoelectric legs (130).
본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자의 성능은 제벡 지수로 나타낼 수 있다. 제백 지수(ZT)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. The performance of a thermoelectric device according to one embodiment of the present invention can be expressed by the Seebeck index. The Seebeck index (ZT) can be expressed as in mathematical expression 1.
여기서, α는 제벡계수[V/K]이고, σ는 전기 전도도[S/m]이며, α2σ는 파워 인자(Power Factor, [W/mK2])이다. 그리고, T는 온도이고, k는 열전도도[W/mK]이다. k는 a·cp·ρ로 나타낼 수 있으며, a는 열확산도[cm2/S]이고, cp 는 비열[J/gK]이며, ρ는 밀도[g/cm3]이다.Here, α is the Seebeck coefficient [V/K], σ is the electrical conductivity [S/m], and α 2 σ is the power factor ([W/mK 2 ]). Also, T is the temperature, and k is the thermal conductivity [W/mK]. k can be expressed as a · c p · ρ, where a is the thermal diffusivity [cm 2 /S], c p is the specific heat [J/gK], and ρ is the density [g/cm 3 ].
열전 소자의 제백 지수를 얻기 위하여, Z미터를 이용하여 Z 값(V/K)을 측정하며, 측정한 Z값을 이용하여 제벡 지수(ZT)를 계산할 수 있다.To obtain the Seebeck index of a thermoelectric device, the Z value (V/K) is measured using a Z meter, and the measured Z value can be used to calculate the Seebeck index (ZT).
본 발명의 다른 실시예에 따르면, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 도 6(b)에서 도시하는 구조를 가질 수도 있다. 도 6(b)를 참조하면, 열전 레그(130, 140)는 열전 소재층(132, 142), 열전 소재층(132, 142)의 한 면 상에 적층되는 제1 도금층(134-1, 144-1), 열전 소재층(132, 142)의 한 면과 대향하여 배치되는 다른 면에 적층되는 제2 도금층(134-2, 144-2), 열전 소재층(132, 142)과 제1 도금층(134-1, 144-1) 사이 및 열전 소재층(132, 142)과 제2 도금층(134-2, 144-2) 사이에 각각 배치되는 제1 접합층(136-1, 146-1) 및 제2 접합층(136-2, 146-2), 그리고 제1 도금층(134-1, 144-1) 및 제2 도금층(134-2, 144-2) 상에 각각 적층되는 제1 금속층(138-1, 148-1) 및 제2 금속층(138-2, 148-2)을 포함한다. According to another embodiment of the present invention, the P-type thermoelectric leg (130) and the N-type thermoelectric leg (140) may have the structure shown in FIG. 6(b). Referring to FIG. 6(b), the thermoelectric leg (130, 140) includes a thermoelectric material layer (132, 142), a first plating layer (134-1, 144-1) laminated on one side of the thermoelectric material layer (132, 142), a second plating layer (134-2, 144-2) laminated on the other side opposite to one side of the thermoelectric material layer (132, 142), a first bonding layer (136-1, 146-1) and a second bonding layer (136-2, 146-2) respectively disposed between the thermoelectric material layer (132, 142) and the first plating layer (134-1, 144-1) and between the thermoelectric material layer (132, 142) and the second plating layer (134-2, 144-2), and a first It includes a first metal layer (138-1, 148-1) and a second metal layer (138-2, 148-2) laminated on the plating layer (134-1, 144-1) and the second plating layer (134-2, 144-2), respectively.
이때, 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1)은 서로 직접 접촉하고, 열전 소재층(132. 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2)은 서로 직접 접촉할 수 있다. 그리고, 제1 접합층(136-1, 146-1)과 제1 도금층(134-1, 144-1)은 서로 직접 접촉하고, 제2 접합층(136-2, 146-2)과 제2 도금층(134-2, 144-2)은 서로 직접 접촉할 수 있다. 그리고, 제1 도금층(134-1, 144-1)과 제1 금속층(138-1, 148-1)은 서로 직접 접촉하고, 제2 도금층(134-2, 144-2)과 제2 금속층(138-2, 148-2)은 서로 직접 접촉할 수 있다.At this time, the thermoelectric material layers (132, 142) and the first bonding layer (136-1, 146-1) are in direct contact with each other, and the thermoelectric material layers (132, 142) and the second bonding layer (136-2, 146-2) can be in direct contact with each other. In addition, the first bonding layer (136-1, 146-1) and the first plating layer (134-1, 144-1) are in direct contact with each other, and the second bonding layer (136-2, 146-2) and the second plating layer (134-2, 144-2) can be in direct contact with each other. And, the first plating layer (134-1, 144-1) and the first metal layer (138-1, 148-1) can be in direct contact with each other, and the second plating layer (134-2, 144-2) and the second metal layer (138-2, 148-2) can be in direct contact with each other.
여기서, 열전 소재층(132, 142)은 반도체 재료인 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te)을 포함할 수 있다. 열전 소재층(132, 142)은 도 6(a)에서 설명한 P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)와 동일한 소재 또는 형상을 가질 수 있다. Here, the thermoelectric material layer (132, 142) may include semiconductor materials such as bismuth (Bi) and tellurium (Te). The thermoelectric material layer (132, 142) may have the same material or shape as the P-type thermoelectric leg (130) or the N-type thermoelectric leg (140) described in FIG. 6(a).
그리고, 제1 금속층(138-1, 148-1) 및 제2 금속층(138-2, 148-2)은 구리(Cu), 구리 합금, 알루미늄(Al) 및 알루미늄 합금으로부터 선택될 수 있으며, 0.1 내지 0.5mm, 바람직하게는 0.2 내지 0.3mm의 두께를 가질 수 있다. 제1 금속층(138-1, 148-1) 및 제2 금속층(138-2, 148-2)의 열팽창 계수는 열전 소재층(132, 142)의 열팽창 계수와 비슷하거나, 더 크므로, 소결 시 제1 금속층(138-1, 148-1) 및 제2 금속층(138-2, 148-2)과 열전 소재층(132, 142) 간의 경계면에서 압축 응력이 가해지기 때문에, 균열 또는 박리를 방지할 수 있다. 또한, 제1 금속층(138-1, 148-1) 및 제2 금속층(138-2, 148-2)과 전극(120, 150) 간의 결합력이 높으므로, 열전 레그(130, 140)는 전극(120, 150)과 안정적으로 결합할 수 있다. And, the first metal layer (138-1, 148-1) and the second metal layer (138-2, 148-2) can be selected from copper (Cu), a copper alloy, aluminum (Al), and an aluminum alloy, and can have a thickness of 0.1 to 0.5 mm, preferably 0.2 to 0.3 mm. Since the thermal expansion coefficients of the first metal layer (138-1, 148-1) and the second metal layer (138-2, 148-2) are similar to or larger than the thermal expansion coefficient of the thermoelectric material layer (132, 142), a compressive stress is applied at the interface between the first metal layer (138-1, 148-1) and the second metal layer (138-2, 148-2) and the thermoelectric material layer (132, 142) during sintering, cracking or peeling can be prevented. In addition, since the bonding force between the first metal layer (138-1, 148-1) and the second metal layer (138-2, 148-2) and the electrode (120, 150) is high, the thermoelectric leg (130, 140) can be stably bonded to the electrode (120, 150).
다음으로, 제1 도금층(134-1, 144-1) 및 제2 도금층(134-2, 144-2)은 각각 Ni, Sn, Ti, Fe, Sb, Cr 및 Mo 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 1 내지 20㎛, 바람직하게는 1 내지 10㎛의 두께를 가질 수 있다. 제1 도금층(134-1, 144-1) 및 제2 도금층(134-2, 144-2)은 열전 소재층(132, 142) 내 반도체 재료인 Bi 또는 Te와 제1 금속층(138-1, 148-1) 및 제2 금속층(138-2, 148-2) 간의 반응을 막으므로, 열전 소자의 성능 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 제1 금속층(138-1, 148-1) 및 제2 금속층(138-2, 148-2)의 산화를 방지할 수 있다. Next, the first plating layer (134-1, 144-1) and the second plating layer (134-2, 144-2) may each include at least one of Ni, Sn, Ti, Fe, Sb, Cr, and Mo, and may have a thickness of 1 to 20 μm, preferably 1 to 10 μm. The first plating layer (134-1, 144-1) and the second plating layer (134-2, 144-2) prevent a reaction between Bi or Te, which is a semiconductor material in the thermoelectric material layer (132, 142), and the first metal layer (138-1, 148-1) and the second metal layer (138-2, 148-2), so that not only can the performance of the thermoelectric element be prevented from being degraded, but also the oxidation of the first metal layer (138-1, 148-1) and the second metal layer (138-2, 148-2) can be prevented.
이때, 열전 소재층(132, 142)과 제1 도금층(134-1, 144-1) 사이 및 열전 소재층(132, 142)과 제2 도금층(134-2, 144-2) 사이에는 제1 접합층(136-1, 146-1) 및 제2 접합층(136-2, 146-2)이 배치될 수 있다. 이때, 제1 접합층(136-1, 146-1) 및 제2 접합층(136-2, 146-2)은 Te를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 접합층(136-1, 146)-1 및 제2 접합층(136-2, 146-2)은 Ni-Te, Sn-Te, Ti-Te, Fe-Te, Sb-Te, Cr-Te 및 Mo-Te 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 접합층(136-1, 146-1) 및 제2 접합층(136-2, 146-2) 각각의 두께는 0.5 내지 100㎛, 바람직하게는 1 내지 50㎛일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 열전 소재층(132, 142)과 제1 도금층(134-1, 144-1) 및 제2 도금층(134-2, 144-2) 사이에 Te를 포함하는 제1 접합층(136-1, 146-1) 및 제2 접합층(136-2, 146-2)을 미리 배치하여, 열전 소재층(132, 142) 내 Te가 제1 도금층(134-1, 144-1) 및 제2 도금층(134-2, 144-2)으로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, Bi 리치 영역의 발생을 방지할 수 있다.At this time, a first bonding layer (136-1, 146-1) and a second bonding layer (136-2, 146-2) may be arranged between the thermoelectric material layer (132, 142) and the first plating layer (134-1, 144-1) and between the thermoelectric material layer (132, 142) and the second plating layer (134-2, 144-2). At this time, the first bonding layer (136-1, 146-1) and the second bonding layer (136-2, 146-2) may include Te. For example, the first bonding layer (136-1, 146)-1 and the second bonding layer (136-2, 146-2) may include at least one of Ni-Te, Sn-Te, Ti-Te, Fe-Te, Sb-Te, Cr-Te, and Mo-Te. According to an embodiment of the present invention, the thickness of each of the first bonding layer (136-1, 146-1) and the second bonding layer (136-2, 146-2) may be 0.5 to 100 µm, preferably 1 to 50 µm. According to an embodiment of the present invention, by pre-disposing the first bonding layer (136-1, 146-1) and the second bonding layer (136-2, 146-2) containing Te between the thermoelectric material layer (132, 142) and the first plating layer (134-1, 144-1) and the second plating layer (134-2, 144-2), it is possible to prevent Te in the thermoelectric material layer (132, 142) from diffusing into the first plating layer (134-1, 144-1) and the second plating layer (134-2, 144-2). Accordingly, the occurrence of Bi-rich areas can be prevented.
이에 따르면, 열전 소재층(132, 142)의 중심부로부터 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면까지 Te 함량은 Bi 함량보다 높고, 열전 소재층(132, 142)의 중심부로부터 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면까지 Te 함량은 Bi 함량보다 높다. 열전 소재층(132, 142)의 중심부로부터 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면까지의 Te 함량 또는 열전 소재층(132, 142)의 중심부로부터 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면까지의 Te 함량은 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 Te 함량 대비 0.8 내지 1배일 수 있다. 예를 들어, 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면으로부터 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 방향으로 100㎛ 두께 내의 Te 함량은 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 Te 함량 대비 0.8배 내지 1배일 수 있다. 여기서, 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면으로부터 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 방향으로 100㎛ 두께 내에서도 Te 함량은 일정하게 유지될 수 있으며, 예를 들어 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면으로부터 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 방향으로 100㎛ 두께 내에서 Te 중량비의 변화율은 0.9 내지 1일 수 있다. According to this, the Te content is higher than the Bi content from the center of the thermoelectric material layer (132, 142) to the boundary between the thermoelectric material layer (132, 142) and the first bonding layer (136-1, 146-1), and the Te content is higher than the Bi content from the center of the thermoelectric material layer (132, 142) to the boundary between the thermoelectric material layer (132, 142) and the second bonding layer (136-2, 146-2). The Te content from the center of the thermoelectric material layer (132, 142) to the boundary between the thermoelectric material layer (132, 142) and the first bonding layer (136-1, 146-1) or the Te content from the center of the thermoelectric material layer (132, 142) to the boundary between the thermoelectric material layer (132, 142) and the second bonding layer (136-2, 146-2) may be 0.8 to 1 times the Te content at the center of the thermoelectric material layer (132, 142). For example, the Te content within a thickness of 100 μm from the boundary between the thermoelectric material layer (132, 142) and the first bonding layer (136-1, 146-1) toward the center of the thermoelectric material layer (132, 142) may be 0.8 to 1 times the Te content in the center of the thermoelectric material layer (132, 142). Here, the Te content can be maintained constant within a thickness of 100 μm from the boundary between the thermoelectric material layer (132, 142) and the first bonding layer (136-1, 146-1) toward the center of the thermoelectric material layer (132, 142), and for example, the rate of change in the Te weight ratio within a thickness of 100 μm from the boundary between the thermoelectric material layer (132, 142) and the first bonding layer (136-1, 146-1) toward the center of the thermoelectric material layer (132, 142) can be 0.9 to 1.
또한, 제1 접합층(136-1, 146-1) 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내 Te의 함량은 열전 소재층(132, 142) 내 Te의 함량과 동일하거나 유사할 수 있다. 예를 들어, 제1 접합층(136-1, 146-1) 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내 Te의 함량은 열전 소재층(132, 142) 내 Te의 함량의 0.8 내지 1배, 바람직하게는 0.85 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.9 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.95 내지 1배일 수 있다. 여기서, 함량은 중량비일 수 있다. 예를 들어, 열전 소재층(132, 142) 내 Te의 함량이 50wt%로 포함되는 경우, 제1 접합층(136-1, 146-1) 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내 Te의 함량은 40 내지 50wt%, 바람직하게는 42.5 내지 50wt%, 더욱 바람직하게는 45 내지 50wt%, 더욱 바람직하게는 47.5 내지 50wt%일 수 있다. 또한, 제1 접합층(136-1, 146-1) 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내 Te의 함량은 Ni대비 클 수 있다. 제1 접합층(136-1, 146-1) 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내에서 Te의 함량은 일정하게 분포하는 반면, Ni 함량은 제1 접합층(136-1, 146-1) 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내에서 열전 소재층(132, 142) 방향에 인접할수록 감소할 수 있다. In addition, the content of Te in the first bonding layer (136-1, 146-1) or the second bonding layer (136-2, 146-2) may be the same as or similar to the content of Te in the thermoelectric material layer (132, 142). For example, the content of Te in the first bonding layer (136-1, 146-1) or the second bonding layer (136-2, 146-2) may be 0.8 to 1 time, preferably 0.85 to 1 time, more preferably 0.9 to 1 time, and more preferably 0.95 to 1 time, of the content of Te in the thermoelectric material layer (132, 142). Here, the content may be a weight ratio. For example, when the content of Te in the thermoelectric material layer (132, 142) is 50 wt%, the content of Te in the first bonding layer (136-1, 146-1) or the second bonding layer (136-2, 146-2) may be 40 to 50 wt%, preferably 42.5 to 50 wt%, more preferably 45 to 50 wt%, and even more preferably 47.5 to 50 wt%. In addition, the content of Te in the first bonding layer (136-1, 146-1) or the second bonding layer (136-2, 146-2) may be greater than that of Ni. The content of Te within the first bonding layer (136-1, 146-1) or the second bonding layer (136-2, 146-2) may be distributed uniformly, while the content of Ni may decrease as it approaches the thermoelectric material layer (132, 142) within the first bonding layer (136-1, 146-1) or the second bonding layer (136-2, 146-2).
그리고, 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면으로부터 제1 도금층(136-1, 146-1)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 제2 도금층(134-2, 144-2)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면까지의 Te 함량은 일정하게 분포될 수 있다. 예를 들어, 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면으로부터 제1 도금층(136-1, 146-1)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 제2 도금층(134-2, 144-2)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면까지의 Te 중량비의 변화율은 0.8 내지 1일 수 있다. 여기서, Te 중량비의 변화율이 1에 가까울수록 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면으로부터 제1 도금층(136-1, 146-1)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 제2 도금층(134-2, 144-2)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면까지의 Te 함량이 일정하게 분포하는 것을 의미할 수 있다. And, the Te content from the boundary between the thermoelectric material layer (132, 142) and the first bonding layer (136-1, 146-1) or the boundary between the thermoelectric material layer (132, 142) and the second bonding layer (136-2, 146-2) to the boundary between the first plating layer (136-1, 146-1) and the first bonding layer (136-1, 146-1) or the boundary between the second plating layer (134-2, 144-2) and the second bonding layer (136-2, 146-2) can be distributed evenly. For example, the rate of change in the Te weight ratio from the interface between the thermoelectric material layer (132, 142) and the first bonding layer (136-1, 146-1) or the interface between the thermoelectric material layer (132, 142) and the second bonding layer (136-2, 146-2) to the interface between the first plating layer (136-1, 146-1) and the first bonding layer (136-1, 146-1) or the interface between the second plating layer (134-2, 144-2) and the second bonding layer (136-2, 146-2) may be 0.8 to 1. Here, the closer the rate of change in the Te weight ratio is to 1, the more the Te content is distributed evenly from the boundary between the thermoelectric material layer (132, 142) and the first bonding layer (136-1, 146-1) or the boundary between the thermoelectric material layer (132, 142) and the second bonding layer (136-2, 146-2) to the boundary between the first plating layer (136-1, 146-1) and the first bonding layer (136-1, 146-1) or the boundary between the second plating layer (134-2, 144-2) and the second bonding layer (136-2, 146-2).
그리고, 제1 접합층(136-1, 146-1) 내 제1 도금층(134-1, 144-1)과 접하는 면, 즉 제1 도금층(136-1, 146-1)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내 제2 도금층(134-2, 144-2)과 접하는 면, 즉 제2 도금층(134-2, 144-2)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면에서의 Te의 함량은 열전 소재층(132, 142) 내 제1 접합층(136-1, 146-1)과 접하는 면, 즉 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142) 내 제2 접합층(136-2, 146-2)과 접하는 면, 즉 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면에서의 Te의 함량의 0.8 내지 1배, 바람직하게는 0.85 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.9 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.95 내지 1배일 수 있다. 여기서, 함량은 중량비일 수 있다. And, the Te content at the surface in contact with the first plating layer (134-1, 144-1) in the first bonding layer (136-1, 146-1), that is, the boundary between the first plating layer (136-1, 146-1) and the first bonding layer (136-1, 146-1), or the surface in contact with the second plating layer (134-2, 144-2) in the second bonding layer (136-2, 146-2), that is, the boundary between the second plating layer (134-2, 144-2) and the second bonding layer (136-2, 146-2), is greater than the Te content at the surface in contact with the first bonding layer (136-1, 146-1) in the thermoelectric material layer (132, 142), that is, the boundary between the thermoelectric material layer (132, 142) and the first bonding layer (136-1, The Te content at the interface between the thermoelectric material layer (132, 142) and the second bonding layer (136-2, 146-2) may be 0.8 to 1 time, preferably 0.85 to 1 time, more preferably 0.9 to 1 time, and more preferably 0.95 to 1 time. Here, the content may be a weight ratio.
그리고, 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 Te 함량은 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면의 Te 함량과 동일하거나 유사하게 나타남을 알 수 있다. 즉, 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면의 Te 함량은 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 Te 함량의 0.8 내지 1배, 바람직하게는 0.85 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.9 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.95 내지 1배일 수 있다. 여기서, 함량은 중량비일 수 있다. 여기서, 열전 소재층(132, 142)의 중심부는 열전 소재층(132, 142)의 중심을 포함하는 주변 영역을 의미할 수 있다. 그리고, 경계면은 경계면 자체를 의미하거나, 또는 경계면과 경계면으로부터 소정 거리 내에 인접하는 경계면 주변 영역을 포함하는 것을 의미할 수 있다.And, it can be seen that the Te content at the center of the thermoelectric material layer (132, 142) is identical to or similar to the Te content at the boundary between the thermoelectric material layer (132, 142) and the first bonding layer (136-1, 146-1) or the boundary between the thermoelectric material layer (132, 142) and the second bonding layer (136-2, 146-2). That is, the Te content of the boundary between the thermoelectric material layer (132, 142) and the first bonding layer (136-1, 146-1) or the boundary between the thermoelectric material layer (132, 142) and the second bonding layer (136-2, 146-2) may be 0.8 to 1 time, preferably 0.85 to 1 time, more preferably 0.9 to 1 time, and more preferably 0.95 to 1 time, of the Te content in the center of the thermoelectric material layer (132, 142). Here, the content may be a weight ratio. Here, the center of the thermoelectric material layer (132, 142) may mean a peripheral region including the center of the thermoelectric material layer (132, 142). And, the boundary may mean the boundary itself, or may mean including the boundary and a boundary peripheral region adjacent to the boundary within a predetermined distance from the boundary.
그리고, 제1 도금층(136-1, 146-1) 또는 제2 도금층(134-2, 144-2) 내 Te의 함량은 열전 소재층(132, 142) 내 Te의 함량 및 제1 접합층(136-1, 146-1) 또는 제2 접합층(136-2, 146-2) 내 Te의 함량보다 낮게 나타날 수 있다.And, the content of Te in the first plating layer (136-1, 146-1) or the second plating layer (134-2, 144-2) may be lower than the content of Te in the thermoelectric material layer (132, 142) and the content of Te in the first bonding layer (136-1, 146-1) or the second bonding layer (136-2, 146-2).
또한, 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 Bi 함량은 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면의 Bi 함량과 동일하거나 유사하게 나타남을 알 수 있다. 이에 따라, 열전 소재층(132, 142)의 중심부로부터 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면에 이르기까지 Te의 함량이 Bi의 함량보다 높게 나타나므로, 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 주변 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면 주변에서 Bi함량이 Te 함량을 역전하는 구간이 존재하지 않는다. 예를 들어, 열전 소재층(132, 142)의 중심부의 Bi 함량은 열전 소재층(132, 142)과 제1 접합층(136-1, 146-1) 간의 경계면 또는 열전 소재층(132, 142)과 제2 접합층(136-2, 146-2) 간의 경계면의 Bi 함량의 0.8 내지 1배, 바람직하게는 0.85 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.9 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.95 내지 1배일 수 있다. 여기서, 함량은 중량비일 수 있다.In addition, it can be seen that the Bi content at the center of the thermoelectric material layer (132, 142) is identical to or similar to the Bi content at the boundary between the thermoelectric material layer (132, 142) and the first bonding layer (136-1, 146-1) or the boundary between the thermoelectric material layer (132, 142) and the second bonding layer (136-2, 146-2). Accordingly, since the Te content is higher than the Bi content from the center of the thermoelectric material layer (132, 142) to the boundary between the thermoelectric material layer (132, 142) and the first bonding layer (136-1, 146-1) or the boundary between the thermoelectric material layer (132, 142) and the second bonding layer (136-2, 146-2), there is no section where the Bi content reverses the Te content around the boundary between the thermoelectric material layer (132, 142) and the first bonding layer (136-1, 146-1) or the boundary between the thermoelectric material layer (132, 142) and the second bonding layer (136-2, 146-2). For example, the Bi content at the center of the thermoelectric material layer (132, 142) may be 0.8 to 1 time, preferably 0.85 to 1 time, more preferably 0.9 to 1 time, and more preferably 0.95 to 1 time, of the Bi content at the interface between the thermoelectric material layer (132, 142) and the first bonding layer (136-1, 146-1) or the interface between the thermoelectric material layer (132, 142) and the second bonding layer (136-2, 146-2). Here, the content may be a weight ratio.
한편, 제1 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 제1 전극(120), 그리고 제2 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 제2 전극(150)은 구리(Cu), 은(Ag) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함하며, 0.01mm 내지 0.3mm의 두께를 가질 수 있다. 제1 전극(120) 또는 제2 전극(150)의 두께가 0.01mm 미만인 경우, 전극으로서 기능이 떨어지게 되어 전기 전도 성능이 낮아질 수 있으며, 0.3mm를 초과하는 경우 저항의 증가로 인하여 전도 효율이 낮아질 수 있다.Meanwhile, the first electrode (120) disposed between the first substrate (110) and the P-type thermoelectric leg (130) and the N-type thermoelectric leg (140), and the second electrode (150) disposed between the second substrate (160) and the P-type thermoelectric leg (130) and the N-type thermoelectric leg (140) include at least one of copper (Cu), silver (Ag), and nickel (Ni), and may have a thickness of 0.01 mm to 0.3 mm. When the thickness of the first electrode (120) or the second electrode (150) is less than 0.01 mm, the function as an electrode may be degraded, thereby lowering the electrical conductivity performance, and when it exceeds 0.3 mm, the conduction efficiency may be lowered due to an increase in resistance.
그리고, 상호 대향하는 제1 기판(110)과 제2 기판(160)은 절연 기판 또는 금속 기판일 수 있다. 절연 기판은 알루미나 기판 또는 고분자 수지 기판일 수 있다. 고분자 수지 기판은 폴리이미드(PI), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 환상 올레핀 코폴리(COC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 고투과성 플라스틱 등의 다양한 절연성 수지재를 포함할 수 있다. And, the first substrate (110) and the second substrate (160) facing each other may be an insulating substrate or a metal substrate. The insulating substrate may be an alumina substrate or a polymer resin substrate. The polymer resin substrate may include various insulating resin materials such as a highly permeable plastic such as polyimide (PI), polystyrene (PS), polymethyl methacrylate (PMMA), cyclic olefin copoly (COC), and polyethylene terephthalate (PET).
또는, 고분자 수지 기판은 에폭시 수지와 무기충전재를 포함하는 수지 조성물로 이루어진 열전도 기판일 수도 있다. 열전도 기판의 두께는 0.01 내지 0.65mm, 바람직하게는 0.01 내지 0.6mm, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.55mm일 수 있으며, 열전도도는 10W/mK이상, 바람직하게는 20W/mK이상, 더욱 바람직하게는 30W/mK 이상일 수 있다. Alternatively, the polymer resin substrate may be a thermally conductive substrate made of a resin composition including an epoxy resin and an inorganic filler. The thickness of the thermally conductive substrate may be 0.01 to 0.65 mm, preferably 0.01 to 0.6 mm, more preferably 0.01 to 0.55 mm, and the thermal conductivity may be 10 W/mK or more, preferably 20 W/mK or more, more preferably 30 W/mK or more.
이를 위하여, 에폭시 수지는 에폭시 화합물 및 경화제를 포함할 수 있다. 이때, 에폭시 화합물 10 부피비에 대하여 경화제 1 내지 10 부피비로 포함될 수 있다. 여기서, 에폭시 화합물은 결정성 에폭시 화합물, 비결정성 에폭시 화합물 및 실리콘 에폭시 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 결정성 에폭시 화합물은 메조겐(mesogen) 구조를 포함할 수 있다. 메조겐(mesogen)은 액정(liquid crystal)의 기본 단위이며, 강성(rigid) 구조를 포함한다. 그리고, 비결정성 에폭시 화합물은 분자 중 에폭시기를 2개 이상 가지는 통상의 비결정성 에폭시 화합물일 수 있으며, 예를 들면 비스페놀 A 또는 비스페놀 F로부터 유도되는 글리시딜에테르화물일 수 있다. 여기서, 경화제는 아민계 경화제, 페놀계 경화제, 산무수물계 경화제, 폴리메르캅탄계 경화제, 폴리아미노아미드계 경화제, 이소시아네이트계 경화제 및 블록 이소시아네이트계 경화제 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 2 종류 이상의 경화제를 혼합하여 사용할 수도 있다.For this purpose, the epoxy resin may include an epoxy compound and a curing agent. At this time, the curing agent may be included in a volume ratio of 1 to 10 with respect to a volume ratio of 10 of the epoxy compound. Here, the epoxy compound may include at least one of a crystalline epoxy compound, an amorphous epoxy compound, and a silicone epoxy compound. The crystalline epoxy compound may include a mesogen structure. A mesogen is a basic unit of a liquid crystal and includes a rigid structure. In addition, the amorphous epoxy compound may be a typical amorphous epoxy compound having two or more epoxy groups in its molecule, and may be, for example, a glycidyl ether derived from bisphenol A or bisphenol F. Here, the curing agent may include at least one of an amine-based curing agent, a phenol-based curing agent, an acid anhydride-based curing agent, a polymercaptan-based curing agent, a polyaminoamide-based curing agent, an isocyanate-based curing agent, and a blocked isocyanate-based curing agent, and two or more types of curing agents may be mixed and used.
무기충전재는 산화알루미늄, 질화붕소 및 질화알루미늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 질화붕소는 복수의 판상의 질화붕소가 뭉쳐진 질화붕소 응집체를 포함할 수도 있다. 여기서, 질화붕소 응집체의 표면은 하기 단위체 1을 가지는 고분자로 코팅되거나, 질화붕소 응집체 내 공극의 적어도 일부는 하기 단위체 1을 가지는 고분자에 의하여 충전될 수 있다. The inorganic filler may include at least one of aluminum oxide, boron nitride, and aluminum nitride. At this time, the boron nitride may include a boron nitride aggregate in which a plurality of plate-shaped boron nitrides are aggregated. Here, the surface of the boron nitride aggregate may be coated with a polymer having the following unit 1, or at least a portion of the pores in the boron nitride aggregate may be filled with a polymer having the following unit 1.
단위체 1은 다음과 같다. Unit 1 is as follows.
[단위체 1][Unit 1]
여기서, R1, R2, R3 및 R4 중 하나는 H이고, 나머지는 C1~C3 알킬, C2~C3 알켄 및 C2~C3 알킨으로 구성된 그룹에서 선택되고, R5는 선형, 분지형 또는 고리형의 탄소수 1 내지 12인 2가의 유기 링커일 수 있다. Here, one of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 is H, and the others are selected from the group consisting of C 1 to C 3 alkyl, C 2 to C 3 alkene and C 2 to C 3 alkyne, and R 5 can be a divalent organic linker having 1 to 12 carbon atoms, which is linear, branched or cyclic.
한 실시예로, R1, R2, R3 및 R4 중 H를 제외한 나머지 중 하나는 C2~C3 알켄에서 선택되며, 나머지 중 다른 하나 및 또 다른 하나는 C1~C3 알킬에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 고분자는 하기 단위체 2를 포함할 수 있다. In one embodiment, one of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 , excluding H, may be selected from a C 2 to C 3 alkene, and the other one and another one of the others may be selected from a C 1 to C 3 alkyl. For example, the polymer according to an embodiment of the present invention may include the following unit 2.
[단위체 2][Unit 2]
또는, 상기 R1, R2, R3 및 R4 중 H를 제외한 나머지는 C1~C3 알킬, C2~C3 알켄 및 C2~C3 알킨으로 구성된 그룹에서 서로 상이하도록 선택될 수도 있다.Alternatively, the remainder of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 , excluding H, may be selected to be different from each other from the group consisting of C 1 to C 3 alkyl, C 2 to C 3 alkene and C 2 to C 3 alkyne.
이와 같이, 단위체 1 또는 단위체 2에 따른 고분자가 판상의 질화붕소가 뭉쳐진 질화붕소 응집체 상에 코팅되고, 질화붕소 응집체 내 공극의 적어도 일부를 충전하면, 질화붕소 응집체 내의 공기층이 최소화되어 질화붕소 응집체의 열전도 성능을 높일 수 있으며, 판상의 질화붕소 간의 결합력을 높여 질화붕소 응집체의 깨짐을 방지할 수 있다. 그리고, 판상의 질화붕소가 뭉쳐진 질화붕소 응집체 상에 코팅층을 형성하면, 작용기를 형성하기 용이해지며, 질화붕소 응집체의 코팅층 상에 작용기가 형성되면, 수지와의 친화도가 높아질 수 있다.In this way, when the polymer according to the unit 1 or unit 2 is coated on the boron nitride aggregate in which the plate-shaped boron nitride is aggregated and at least a portion of the voids within the boron nitride aggregate are filled, the air layer within the boron nitride aggregate is minimized, thereby improving the thermal conductivity of the boron nitride aggregate and increasing the bonding force between the plate-shaped boron nitrides, thereby preventing the boron nitride aggregate from being broken. In addition, when a coating layer is formed on the boron nitride aggregate in which the plate-shaped boron nitride is aggregated, it becomes easy to form a functional group, and when a functional group is formed on the coating layer of the boron nitride aggregate, affinity with the resin can be improved.
제1 기판(110)과 제2 기판(160)이 고분자 수지 기판인 경우, 금속 기판에 비하여 얇은 두께, 높은 방열 성능 및 절연 성능을 가질 수 있다. 또한, 히트싱크(200) 또는 금속 플레이트(300) 상에 도포된 반경화 상태의 고분자 수지층 상에 전극을 배치한 후 열압착할 경우, 별도의 접착층이 요구되지 않을 수 있다. When the first substrate (110) and the second substrate (160) are polymer resin substrates, they can have a thinner thickness, higher heat dissipation performance, and higher insulation performance compared to metal substrates. In addition, when an electrode is placed on a semi-cured polymer resin layer applied on a heat sink (200) or a metal plate (300) and then thermally compressed, a separate adhesive layer may not be required.
이때, 제1 기판(110)과 제2 기판(160)의 크기는 다르게 형성될 수도 있다. 예를 들어, 제1 기판(110)과 제2 기판(160) 중 하나의 체적, 두께 또는 면적은 다른 하나의 체적, 두께 또는 면적보다 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 열전 소자의 흡열 성능 또는 방열 성능을 높일 수 있다. At this time, the sizes of the first substrate (110) and the second substrate (160) may be formed differently. For example, the volume, thickness, or area of one of the first substrate (110) and the second substrate (160) may be formed to be larger than the volume, thickness, or area of the other. Accordingly, the heat absorption performance or heat dissipation performance of the thermoelectric element can be improved.
또한, 제1 기판(110)과 제2 기판(160) 중 적어도 하나의 표면에는 방열 패턴, 예를 들어 요철 패턴이 형성될 수도 있다. 이에 따라, 열전 소자의 방열 성능을 높일 수 있다. 요철 패턴이 P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)와 접촉하는 면에 형성되는 경우, 열전 레그와 기판 간의 접합 특성도 향상될 수 있다. In addition, a heat dissipation pattern, for example, a rough pattern, may be formed on the surface of at least one of the first substrate (110) and the second substrate (160). Accordingly, the heat dissipation performance of the thermoelectric element can be improved. When the rough pattern is formed on the surface that comes into contact with the P-type thermoelectric leg (130) or the N-type thermoelectric leg (140), the bonding characteristics between the thermoelectric leg and the substrate can also be improved.
한편, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 원통 형상, 다각 기둥 형상, 타원형 기둥 형상 등을 가질 수 있다. Meanwhile, the P-type thermoelectric leg (130) or the N-type thermoelectric leg (140) may have a cylindrical shape, a polygonal column shape, an elliptical column shape, etc.
본 발명의 한 실시예에 따르면, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 전극과 접합하는 부분의 폭이 넓게 형성될 수도 있다.According to one embodiment of the present invention, the P-type thermoelectric leg (130) or the N-type thermoelectric leg (140) may be formed with a wide width at the portion where it is connected to the electrode.
다시 도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 각 단위 모듈(1000)은 냉각수 통과 챔버(1100)의 제1 면(1101)과 제2 면(1102) 사이의 제3 면(1103) 측에 배치되는 제1 지지프레임(1700) 및 냉각수 통과 챔버(1100)의 제1 면(1101)과 제2 면(1102) 사이의 제4 면(1104) 측에 배치되는 제2 지지프레임(1800)을 더 포함할 수도 있다. 여기서, 제3 면(1103)은 제3 방향에서 아래를 향하는 면일 수 있고, 제4 면(1104)은 제3 면(1103)과 마주보는 면으로, 제3 방향에서 위를 향하는 면일 수 있다. 제1 지지프레임(1700) 및 제2 지지프레임(1800) 중 적어도 하나의 형상은 H형상, 예를 들어 H빔일 수 있다. 열변환장치(10) 내에 포함된 제1 지지프레임(1700)과 제2 지지프레임(1800) 각각의 개수는 열변환장치(10) 내에 포함된 단위 모듈(1000)의 전체 개수와 동일할 수 있다. 도 3 내지 4에서 도시된 바와 같이, 동일한 단위 모듈 측에 배치된 제1 지지프레임(1700) 및 제2 지지프레임(1800)을 한 쌍의 지지프레임이라 지칭할 수도 있다. 제1 지지프레임(1700) 및 제2 지지프레임(1800)이 각각 냉각수 통과 챔버(1100)의 제3 면(1103) 측 및 제4 면(1104) 측에 배치되면, 단위 모듈의 강성을 유지할 수 있으며, 진동 시 휘어지거나 변형되는 문제를 방지할 수 있다.Referring again to FIGS. 1 to 5, according to an embodiment of the present invention, each unit module (1000) may further include a first support frame (1700) disposed on a third surface (1103) side between a first surface (1101) and a second surface (1102) of a coolant passage chamber (1100), and a second support frame (1800) disposed on a fourth surface (1104) side between the first surface (1101) and the second surface (1102) of the coolant passage chamber (1100). Here, the third surface (1103) may be a surface facing downward in the third direction, and the fourth surface (1104) may be a surface facing the third surface (1103) and facing upward in the third direction. The shape of at least one of the first support frame (1700) and the second support frame (1800) may be an H-shape, for example, an H-beam. The number of each of the first support frames (1700) and the second support frames (1800) included in the heat conversion device (10) may be the same as the total number of unit modules (1000) included in the heat conversion device (10). As illustrated in FIGS. 3 and 4, the first support frames (1700) and the second support frames (1800) arranged on the same unit module side may be referred to as a pair of support frames. When the first support frame (1700) and the second support frame (1800) are arranged on the third side (1103) and the fourth side (1104) of the cooling water passage chamber (1100), respectively, the rigidity of the unit module can be maintained, and the problem of bending or deformation during vibration can be prevented.
이를 위하여, 프레임(2000)은 제1 단위 모듈 그룹(1000-A) 및 제2 단위 모듈 그룹(1000-B) 사이에 배치된 지지벽(2300)을 더 포함할 수 있고, 제1 지지프레임(1700) 및 제2 지지프레임(1800) 각각은 지지벽(2300)과 체결될 수 있다. 이때, 지지벽(2300)은 프레임(2000)의 틀 또는 테두리와 체결되거나, 일체로 성형될 수 있다. To this end, the frame (2000) may further include a support wall (2300) positioned between the first unit module group (1000-A) and the second unit module group (1000-B), and each of the first support frame (1700) and the second support frame (1800) may be fastened to the support wall (2300). At this time, the support wall (2300) may be fastened to the frame or rim of the frame (2000) or may be formed integrally with it.
더욱 구체적으로 설명하면, 제1 단위 모듈 그룹(1000-A) 및 제2 단위 모듈 그룹(1000-B) 사이에는 지지벽(2300)이 배치되고, 제1 단위 모듈 그룹(1000-A)의 각 단위 모듈(1000)에 배치된 제1 지지프레임(1700) 및 제2 지지프레임(1800) 각각은 제2 단위 모듈 그룹(1000-B)이 배치된 방향을 향하여 지지벽(2300) 하부 및 상부에서 연장되며, 제2 단위 모듈 그룹(1000-B)의 각 단위 모듈(1000)에 배치된 제1 지지프레임(1700) 및 제2 지지프레임(1800) 각각은 제1 단위 모듈 그룹(1000-A)이 배치된 방향을 향하여 지지벽(2300) 하부 및 상부에서 연장될 수 있다. 이때, 제1 지지프레임(1700) 및 제2 지지프레임(1800) 각각의 연장 길이는 지지벽(2300)의 두께의 절반을 초과할 수 없다. 그리고, 제1 지지프레임(1700)과 지지벽(2300)의 하부 및 제2 지지프레임(1800)과 지지벽(2300)의 상부는 각각 스크류에 의하여 체결될 수 있다. 이에 따르면, 단위 모듈 자체가 스크류에 의하여 프레임에 직접 고정될 필요가 없으므로, 조립이 용이하다. 또한, 요구되는 발전량에 따라 단위 모듈의 개수를 조절하기 용이하다. To be more specific, a support wall (2300) is arranged between the first unit module group (1000-A) and the second unit module group (1000-B), and each of the first support frame (1700) and the second support frame (1800) arranged in each unit module (1000) of the first unit module group (1000-A) extends from the lower and upper portions of the support wall (2300) toward the direction in which the second unit module group (1000-B) is arranged, and each of the first support frame (1700) and the second support frame (1800) arranged in each unit module (1000) of the second unit module group (1000-B) can extend from the lower and upper portions of the support wall (2300) toward the direction in which the first unit module group (1000-A) is arranged. At this time, the extension length of each of the first support frame (1700) and the second support frame (1800) cannot exceed half the thickness of the support wall (2300). In addition, the lower part of the first support frame (1700) and the support wall (2300) and the upper part of the second support frame (1800) and the support wall (2300) can be fastened by screws, respectively. Accordingly, since the unit module itself does not need to be directly fixed to the frame by screws, assembly is easy. In addition, it is easy to adjust the number of unit modules according to the required power generation amount.
여기서, 한 쌍의 지지프레임이 하나의 단일 모듈을 지지하는 것으로 도시되어 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 제1 지지프레임(1700) 및 제2 지지프레임(1800) 각각은 하나의 단위 모듈 그룹에 포함된 복수의 단위 모듈 중 하나 및 이와 인접하는 다른 단위 모듈 그룹에 포함된 복수의 단위 모듈 중 하나를 동시에 지지하도록 제2 방향을 따라 연장될 수도 있다. 이에 따르면, 열변환장치(10) 내에 포함된 제1 지지프레임(1700)과 제2 지지프레임(1800) 각각의 개수는 제1 단위 모듈 그룹(1000-A) 내에 포함된 단위 모듈(1000)의 개수와 동일하거나, 제1 단위 모듈 그룹(1000-A) 내에 포함된 단위 모듈(1000)의 개수의 배수일 수도 있다.Here, a pair of support frames is illustrated as supporting one single module, but is not limited thereto. Each of the first support frame (1700) and the second support frame (1800) may extend along the second direction to simultaneously support one of a plurality of unit modules included in one unit module group and one of a plurality of unit modules included in another unit module group adjacent thereto. Accordingly, the number of each of the first support frames (1700) and the second support frames (1800) included in the heat conversion device (10) may be equal to the number of unit modules (1000) included in the first unit module group (1000-A), or may be a multiple of the number of unit modules (1000) included in the first unit module group (1000-A).
이를 위하여, 지지벽(2300)의 하단에는 제1 지지프레임(1700)이 배치되는 복수의 홈이 형성되고, 지지벽(2300)의 상단에는 제2 지지프레임(1800)이 배치되는 복수의 홈이 형성될 수 있으며, 제1 지지프레임(1700) 및 제2 지지프레임(1800) 각각은 스크류 등의 고정부재에 의하여 지지벽(2300)과 체결될 수 있다. 하나의 지지벽(2300)의 하단 및 상단에 형성된 각 홈의 개수는 하나의 단위 모듈 그룹 내에 배열된 단위 모듈(1000)의 개수와 동일할 수 있다. To this end, a plurality of grooves in which first support frames (1700) are arranged may be formed at the bottom of the support wall (2300), and a plurality of grooves in which second support frames (1800) are arranged may be formed at the top of the support wall (2300). Each of the first support frame (1700) and the second support frame (1800) may be fastened to the support wall (2300) by a fixing member such as a screw. The number of grooves formed at the bottom and top of one support wall (2300) may be equal to the number of unit modules (1000) arranged in one unit module group.
본 발명의 실시예에 따르면, 냉각수 통과 챔버(1100)의 한 측면에는 냉각수 유입구가 형성되고, 다른 측면에는 냉각수 배출구가 형성된다. According to an embodiment of the present invention, a cooling water inlet is formed on one side of the cooling water passage chamber (1100), and a cooling water outlet is formed on the other side.
즉, 냉각수 통과 챔버(1100)의 제1 면(1101), 제2 면(1102), 제3 면(1103) 및 제4 면(1104) 사이의 양 면 중 하나인 제5 면(1105)에는 냉각수 유입구(1110)가 형성되고, 제1 면(1101), 제2 면(1102), 제3 면(1103) 및 제4 면(1104) 사이의 양 면 중 다른 하나인 제6 면(1106)에는 냉각수 배출구(1120)가 형성될 수 있다. 도 1에서 제1 단위 모듈 그룹(1000-A), 제2 단위 모듈 그룹(1000-B), 제3 단위 모듈 그룹(1000-C), 제4 단위 모듈 그룹(1000-D) 및 제5 단위 모듈 그룹(1000-E)이 제2 방향을 따라 순차적으로 배열되고, 냉각수가 제1 단위 모듈 그룹(1000-A)으로부터 제5 단위 모듈 그룹(1000-E)을 향하는 방향으로 흐르는 경우, 제1 단위 모듈 그룹(1000-A)에 포함된 각 단위 모듈(1000)의 각 냉각수 통과 챔버(1100)의 한 측면, 즉 바깥쪽 측면인 제5 면(1105)에 냉각수 유입구(1110)가 형성되고, 제1 단위 모듈 그룹(1000-A)에 포함된 각 단위 모듈(1000)의 각 냉각수 통과 챔버(1100)이 다른 측면, 즉 제2 단위 모듈 그룹(1000-B)을 향하도록 배치된 측면인 제6 면(1106)에 냉각수 배출구(1120)가 형성될 수 있다. 이와 마찬가지로, 제2 단위 모듈 그룹(1000-B)에 포함된 각 단위 모듈(1000)의 각 냉각수 통과 챔버(1100)의 한 측면, 즉 제1 단위 모듈 그룹(1000-A)을 향하도록 배치된 측면인 제5 면(1105)에 냉각수 유입구(1110)가 형성되고, 제2 단위 모듈 그룹(1000-B)에 포함된 각 단위 모듈(1000)의 각 냉각수 통과 챔버(1100)의 다른 측면, 즉 제3 단위 모듈 그룹(1000-C)을 향하도록 배치된 측면인 제6 면(1106)에 냉각수 배출구(1120)가 형성될 수 있다.That is, a coolant inlet (1110) may be formed on a fifth surface (1105), which is one of the two surfaces between the first surface (1101), the second surface (1102), the third surface (1103), and the fourth surface (1104) of the coolant passage chamber (1100), and a coolant outlet (1120) may be formed on a sixth surface (1106), which is the other of the two surfaces between the first surface (1101), the second surface (1102), the third surface (1103), and the fourth surface (1104). In FIG. 1, when the first unit module group (1000-A), the second unit module group (1000-B), the third unit module group (1000-C), the fourth unit module group (1000-D), and the fifth unit module group (1000-E) are sequentially arranged along the second direction, and the coolant flows in the direction from the first unit module group (1000-A) toward the fifth unit module group (1000-E), a coolant inlet (1110) is formed on one side, i.e., the fifth surface (1105) which is the outer side, of each coolant passage chamber (1100) of each unit module (1000) included in the first unit module group (1000-A), and each coolant passage chamber (1100) of each unit module (1000) included in the first unit module group (1000-A) is arranged to face the other side, i.e., the second unit module group (1000-B). A coolant outlet (1120) may be formed on the sixth side (1106), which is a side. Similarly, a coolant inlet (1110) may be formed on the fifth side (1105), which is a side arranged to face the first unit module group (1000-A) of one side of each coolant passage chamber (1100) of each unit module (1000) included in the second unit module group (1000-B), and a coolant outlet (1120) may be formed on the sixth side (1106), which is a side arranged to face the third unit module group (1000-C) of the other side of each coolant passage chamber (1100) of each unit module (1000) included in the second unit module group (1000-B).
이때, 냉각수가 제1 단위 모듈 그룹(1000-A)으로부터 제5 단위 모듈 그룹(1000-E)을 향하는 방향으로 흐르기 위하여, 양 단위 모듈 그룹 사이에 배치된 지지벽(2300)에는 냉각수 유입구(1110) 및 냉각수 배출구(1120)의 위치에 대응하도록 홀(2310)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 홀(2310)은 제1 단위 모듈 그룹(1000-A)에 포함된 각 단위 모듈(1000)의 각 냉각수 통과 챔버(1100)에 형성된 냉각수 배출구(1120)의 위치 및 제2 단위 모듈 그룹(1000-B)에 포함된 각 단위 모듈(1000)의 각 냉각수 통과 챔버(1100)에 형성된 냉각수 유입구(1110)의 위치에 동시에 대응하도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 단위 모듈 그룹(1000-A)에 포함된 각 단위 모듈(1000)의 각 냉각수 통과 챔버(1100)에 형성된 냉각수 배출구(1120)는 홀(2310)을 통하여 제2 단위 모듈 그룹(1000-B)에 포함된 각 단위 모듈(1000)의 각 냉각수 통과 챔버(1100)에 형성된 냉각수 유입구(1110)에 연결될 수 있으며, 제1 단위 모듈 그룹(1000-A)에 포함된 각 단위 모듈(1000)의 각 냉각수 통과 챔버(1100)로부터 제2 단위 모듈 그룹(1000-B)에 포함된 각 단위 모듈(1000)의 각 냉각수 통과 챔버(1100)로 냉각수가 흘러갈 수 있다. 이와 같은 구조는 제2 단위 모듈 그룹(1000-B), 제3 단위 모듈 그룹(1000-C), 제4 단위 모듈 그룹(1000-D) 및 제5 단위 모듈 그룹(1000-E)에도 동일하게 적용될 수 있다. At this time, in order for the coolant to flow in the direction from the first unit module group (1000-A) to the fifth unit module group (1000-E), a hole (2310) may be formed in the support wall (2300) arranged between the two unit module groups to correspond to the positions of the coolant inlet (1110) and the coolant outlet (1120). For example, the hole (2310) may be formed to simultaneously correspond to the positions of the coolant outlets (1120) formed in the coolant passage chambers (1100) of each unit module (1000) included in the first unit module group (1000-A) and the coolant inlet (1110) formed in the coolant passage chambers (1100) of each unit module (1000) included in the second unit module group (1000-B). Accordingly, the coolant outlet (1120) formed in each coolant passage chamber (1100) of each unit module (1000) included in the first unit module group (1000-A) can be connected to the coolant inlet (1110) formed in each coolant passage chamber (1100) of each unit module (1000) included in the second unit module group (1000-B) through the hole (2310), and coolant can flow from each coolant passage chamber (1100) of each unit module (1000) included in the first unit module group (1000-A) to each coolant passage chamber (1100) of each unit module (1000) included in the second unit module group (1000-B). This structure can be equally applied to the second unit module group (1000-B), the third unit module group (1000-C), the fourth unit module group (1000-D), and the fifth unit module group (1000-E).
본 발명의 실시예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이, 각 냉각수 유입구(1110)에는 제1 피팅부재(1112)가 연결되고, 각 냉각수 배출구(1120)에는 제2 피팅부재(1122)가 연결될 수 있다. 이때, 제1 피팅부재(1112) 및 제2 피팅부재(1122) 각각은 냉각수 유입구(1110) 및 냉각수 배출구(1120)에 끼워 맞춰지며, 냉각수가 통과할 수 있도록 중공의 관 형상을 가질 수 있다. 그리고, 하나의 홀(2310)에는 제1 피팅부재(1112) 및 제2 피팅부재(1122)가 동시에 끼워질 수 있다. 예를 들어, 제1 단위 모듈 그룹(1000-A) 및 제2 단위 모듈 그룹(1000-B) 사이에 배치된 지지벽(2300)에 형성된 복수의 홀(2310) 중 하나에는 제1 단위 모듈 그룹(1000-A)에 포함된 각 단위 모듈(1000)의 각 냉각수 통과 챔버(1100)에 형성된 냉각수 배출구(1120)에 연결된 제2 피팅부재(1122) 및 제2 단위 모듈 그룹(1000-B)에 포함된 각 단위 모듈(1000)의 각 냉각수 통과 챔버(1100)에 형성된 냉각수 유입구(1110)에 연결된 제1 피팅부재(1112)가 함께 끼워질 수 있다. 이때, 제2 피팅부재(1122)와 제1 피팅부재(1112) 사이에서 냉각수가 유출되는 문제를 방지하기 위하여, 제1 피팅부재(1112)의 외주면, 제2 피팅부재(1122)의 외주면 및 홀(2310)의 내주면은 함께 실링될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, as illustrated in FIG. 5, a first fitting member (1112) may be connected to each coolant inlet (1110), and a second fitting member (1122) may be connected to each coolant outlet (1120). At this time, the first fitting member (1112) and the second fitting member (1122) may be fitted into the coolant inlet (1110) and the coolant outlet (1120), respectively, and may have a hollow tube shape so that coolant may pass through them. In addition, the first fitting member (1112) and the second fitting member (1122) may be fitted into one hole (2310) at the same time. For example, in one of the plurality of holes (2310) formed in the support wall (2300) arranged between the first unit module group (1000-A) and the second unit module group (1000-B), a second fitting member (1122) connected to a coolant discharge port (1120) formed in each coolant passage chamber (1100) of each unit module (1000) included in the first unit module group (1000-A) and a first fitting member (1112) connected to a coolant inlet port (1110) formed in each coolant passage chamber (1100) of each unit module (1000) included in the second unit module group (1000-B) can be fitted together. At this time, in order to prevent the problem of coolant leaking between the second fitting member (1122) and the first fitting member (1112), the outer surface of the first fitting member (1112), the outer surface of the second fitting member (1122), and the inner surface of the hole (2310) can be sealed together.
본 발명의 실시예에 따르면, 각 냉각수 통과 챔버(1100)의 제5 면(1105) 및 제6 면(1106) 각각에는 복수의 냉각수 유입구(1110) 및 복수의 냉각수 배출구(1120)가 형성되며, 지지벽(2300)에는 복수의 냉각수 유입구(1110)의 위치 및 복수의 냉각수 배출구(1120)의 위치에 대응하도록 복수의 홀(2310)이 형성될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a plurality of coolant inlets (1110) and a plurality of coolant outlets (1120) are formed on each of the fifth side (1105) and the sixth side (1106) of each coolant passage chamber (1100), and a plurality of holes (2310) can be formed in the support wall (2300) to correspond to the positions of the plurality of coolant inlets (1110) and the positions of the plurality of coolant outlets (1120).
이때, 냉각수의 원활한 흐름을 위하여, 냉각수 통과 챔버(1100)의 내부에는 복수의 냉각수 통과 관(1130)이 형성될 수 있다. 냉각수 통과 관(1130)은 냉각수 통과 챔버(1100)의 내부에서 냉각수 유입구(1110)로부터 냉각수 배출구(1120)까지 연결되며, 냉각수는 냉각수 통과 관(1130)을 통하여 제2 방향을 따라 흐를 수 있다. 이에 따르면, 냉각수의 유량이 각 냉각수 통과 챔버(1100)의 내부를 가득채울 정도로 충분하지 않더라도 냉각수가 각 냉각수 통과 챔버(1100) 내에 고르게 분산될 수 있으므로, 각 냉각수 통과 챔버(1100)의 전면에 대하여 고른 열전변환 효율을 얻는 것이 가능하다. At this time, in order to ensure smooth flow of the coolant, a plurality of coolant passage pipes (1130) may be formed inside the coolant passage chamber (1100). The coolant passage pipes (1130) are connected from the coolant inlet (1110) to the coolant outlet (1120) inside the coolant passage chamber (1100), and the coolant may flow in the second direction through the coolant passage pipes (1130). Accordingly, even if the flow rate of the coolant is not sufficient to fill the inside of each coolant passage chamber (1100), the coolant may be evenly distributed within each coolant passage chamber (1100), and thus it is possible to obtain even thermoelectric conversion efficiency for the entire surface of each coolant passage chamber (1100).
이와 같이, 냉각수는 제1 단위 그룹 모듈(1000-A)로 유입된 후, 제2 방향을 따라 제2 단위 그룹 모듈(1000-B), 제3 단위 그룹 모듈(1000-C) 및 제4 단위 그룹 모듈(1000-D)을 거쳐 제5 단위 그룹 모듈(1000-E)로 배출될 수 있다. In this way, the coolant can be introduced into the first unit group module (1000-A), and then discharged along the second direction through the second unit group module (1000-B), the third unit group module (1000-C), and the fourth unit group module (1000-D) to the fifth unit group module (1000-E).
그리고, 고온의 기체는 냉각수 통과 챔버(1100)의 상단으로부터 하단을 향하도록 흐른다. 본 발명의 실시예와 같이 단위 모듈(1000)의 상단에 제2 지지프레임(180)이 배치될 경우, 고온의 기체의 높은 온도로 인하여 열전소자의 성능이 저하되는 문제를 방지할 수 있다. And, the high temperature gas flows from the top to the bottom of the cooling water passage chamber (1100). When the second support frame (180) is arranged at the top of the unit module (1000) as in the embodiment of the present invention, the problem of the performance of the thermoelectric element being deteriorated due to the high temperature of the high temperature gas can be prevented.
도시되지 않았으나, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 단위 모듈 그룹(1000-A)의 한 측면, 예를 들어 제5면이 향하는 프레임(2000)의 틀 또는 테두리에는 냉각수 유입관이 형성되고, 제5 단위 모듈 그룹(1000-E)의 다른 측면, 예를 들면 제6 면이 향하는 프레임(2000)의 틀 또는 테두리에는 냉각수 배출관이 형성될 수 있다. 냉각수 유입관으로 유입된 냉각수는 제1 단위 모듈 그룹(1000-A)에 포함된 복수의 단위 모듈(1000)의 각 냉각수 통과 챔버(1100)의 냉각수 유입구(1110)로 분산되어 유입될 수 있다. 그리고, 제5 단위 모듈 그룹(1000-E)에 포함된 복수의 단위 모듈(1000)의 각 냉각수 통과 챔버(1100)의 냉각수 배출구(1120)로부터 배출된 냉각수는 냉각수 배출관에서 모아진 외부로 배출될 수 있다. Although not shown, according to an embodiment of the present invention, a coolant inlet pipe may be formed on a frame or edge of a frame (2000) facing one side, for example, the fifth side, of the first unit module group (1000-A), and a coolant discharge pipe may be formed on a frame or edge of a frame (2000) facing another side, for example, the sixth side, of the fifth unit module group (1000-E). Coolant introduced into the coolant inlet pipe may be distributed and introduced into the coolant inlet ports (1110) of each coolant passage chamber (1100) of the plurality of unit modules (1000) included in the first unit module group (1000-A). In addition, coolant discharged from the coolant discharge ports (1120) of each coolant passage chamber (1100) of the plurality of unit modules (1000) included in the fifth unit module group (1000-E) may be collected in the coolant discharge pipe and discharged to the outside.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 각 냉각수 통과 챔버(1100)의 내벽 또는 냉각수 통과 관(1130)의 내벽에는 방열핀이 배치될 수도 있다. 방열핀의 형상, 개수, 각 냉각수 통과 챔버(1100)의 내벽을 차지하는 면적 등은 냉각수의 온도, 폐열의 온도, 요구되는 발전 용량 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 방열핀이 각 냉각수 통과 챔버(1100)의 내벽을 차지하는 면적은, 예를 들어 각 냉각수 통과 챔버(1100)의 단면적의 1 내지 40%일 수 있다. 이에 따르면, 냉각수의 유동에 방해를 주지 않으면서도, 높은 열전변환 효율을 얻는 것이 가능하다. According to another embodiment of the present invention, a heat dissipation fin may be arranged on the inner wall of each cooling water passage chamber (1100) or the inner wall of the cooling water passage pipe (1130). The shape, number, and area of the heat dissipation fin occupying the inner wall of each cooling water passage chamber (1100) may be variously changed depending on the temperature of the cooling water, the temperature of the waste heat, the required power generation capacity, and the like. The area of the heat dissipation fin occupying the inner wall of each cooling water passage chamber (1100) may be, for example, 1 to 40% of the cross-sectional area of each cooling water passage chamber (1100). Accordingly, it is possible to obtain high thermoelectric conversion efficiency without obstructing the flow of the cooling water.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and changes may be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below.
Claims (8)
상기 냉각수 통과 관에 일부가 삽입되는 피팅부재; 그리고
상기 제1 단위 모듈을 둘러싸도록 배치된 프레임을 포함하고,
상기 프레임은 상기 피팅부재와 상기 제1 방향으로 중첩되는 홀이 배치된 제2면, 및 상기 제2면으로부터 상기 제1 방향을 따라 연장되며 상기 제1 열전 모듈과 대면하도록 배치된 제3면을 포함하고,
상기 제1 열전 모듈은 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향을 따라 순차적으로 배치된 제1 기판, 제1 전극, 반도체 구조물, 제2 전극 및 제2 기판을 포함하고,
상기 프레임의 상기 제3면은 상기 제1 열전 모듈의 상기 제1 기판과 대면하도록 배치된 열전 시스템. A first unit module including a first cooling water passage chamber including a cooling water passage pipe extending in a first direction, and a first thermoelectric module arranged on a first surface of the first cooling water passage chamber;
A fitting member partially inserted into the above cooling water passage pipe; and
comprising a frame arranged to surround the first unit module;
The frame includes a second surface having holes arranged to overlap the fitting member in the first direction, and a third surface extending from the second surface in the first direction and arranged to face the first thermoelectric module.
The first thermoelectric module includes a first substrate, a first electrode, a semiconductor structure, a second electrode, and a second substrate sequentially arranged along a second direction perpendicular to the first direction,
A thermoelectric system in which the third side of the frame is arranged to face the first substrate of the first thermoelectric module.
상기 피팅부재는 상기 홀에 끼워지는 열전 시스템.In the first paragraph,
The above fitting member is a thermoelectric system that fits into the above hole.
상기 피팅부재의 외주면 및 상기 홀의 내주면은 함께 실링된 열전 시스템.In the second paragraph,
A thermoelectric system in which the outer surface of the above fitting member and the inner surface of the above hole are sealed together.
상기 피팅부재는 중공의 관 형상을 가지는 열전 시스템.In the first paragraph,
The above fitting member is a thermoelectric system having a hollow tubular shape.
상기 제1 방향을 따라 상기 제1 단위 모듈과 이격되도록 배치되며, 상기 제1 방향으로 연장된 냉각수 통과 관을 포함하는 제2 냉각수 통과 챔버, 및 상기 제2 냉각수 통과 챔버에 배치된 제2 열전모듈을 포함하는 제2 단위 모듈을 더 포함하며,
상기 제2 단위 모듈은 상기 프레임에 의하여 둘러싸이도록 배치된 열전 시스템.In the first paragraph,
It further includes a second unit module including a second cooling water passage chamber that is arranged to be spaced apart from the first unit module along the first direction and includes a cooling water passage pipe extending in the first direction, and a second thermoelectric module arranged in the second cooling water passage chamber.
The second unit module is a thermoelectric system arranged to be surrounded by the frame.
상기 제1 단위 모듈과 상기 제2 단위 모듈 사이에 배치된 지지벽을 더 포함하며,
상기 지지벽에는 상기 제1 냉각수 통과 챔버의 냉각수 배출구와 상기 제2 냉각수 통과 챔버의 냉각수 유입구에 함께 대응하는 관통홀이 형성된 열전 시스템.In paragraph 5,
Further comprising a support wall arranged between the first unit module and the second unit module,
A thermoelectric system in which a through hole corresponding to a cooling water discharge port of the first cooling water passage chamber and a cooling water inlet port of the second cooling water passage chamber is formed in the above support wall.
상기 관통홀에는 상기 제1 냉각수 통과 챔버의 냉각수 배출구에 연결된 피팅부재와 상기 제2 냉각수 통과 챔버의 냉각수 유입구에 연결된 피팅부재가 동시에 끼워지는 열전 시스템. In Article 6,
A thermoelectric system in which a fitting member connected to a cooling water discharge port of the first cooling water passage chamber and a fitting member connected to a cooling water inlet port of the second cooling water passage chamber are simultaneously fitted into the above through hole.
상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향을 따라 상기 제1 단위 모듈과 이격되도록 배치되며, 상기 제1 방향으로 연장된 냉각수 통과 관을 포함하는 제3 냉각수 통과 챔버, 및 상기 제3 냉각수 통과 챔버에 배치된 제3 열전모듈을 포함하는 제3 단위 모듈을 더 포함하며,
상기 제3 단위 모듈은 상기 프레임에 의하여 둘러싸이도록 배치된 열전 시스템. In the first paragraph,
A third unit module further includes a third cooling water passage chamber, which is arranged to be spaced apart from the first unit module along a second direction perpendicular to the first direction and includes a cooling water passage pipe extending in the first direction, and a third thermoelectric module arranged in the third cooling water passage chamber.
The third unit module is a thermoelectric system arranged to be surrounded by the frame.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230076824A KR102706603B1 (en) | 2018-07-12 | 2023-06-15 | Heat conversion device |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180081162A KR102545690B1 (en) | 2018-07-12 | 2018-07-12 | Heat conversion device |
| KR1020230076824A KR102706603B1 (en) | 2018-07-12 | 2023-06-15 | Heat conversion device |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180081162A Division KR102545690B1 (en) | 2018-07-09 | 2018-07-12 | Heat conversion device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230091851A KR20230091851A (en) | 2023-06-23 |
| KR102706603B1 true KR102706603B1 (en) | 2024-09-13 |
Family
ID=69368679
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180081162A KR102545690B1 (en) | 2018-07-09 | 2018-07-12 | Heat conversion device |
| KR1020230076824A KR102706603B1 (en) | 2018-07-12 | 2023-06-15 | Heat conversion device |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180081162A KR102545690B1 (en) | 2018-07-09 | 2018-07-12 | Heat conversion device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (2) | KR102545690B1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220037173A (en) * | 2020-09-17 | 2022-03-24 | 엘지이노텍 주식회사 | Thermoelectric module and power generating apparatus comprising the same |
| WO2023249410A1 (en) * | 2022-06-22 | 2023-12-28 | 엘지이노텍 주식회사 | Thermoelectric device and thermoelectric system comprising same |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101435667B1 (en) * | 2012-02-22 | 2014-09-23 | 한라비스테온공조 주식회사 | Thermoelectric Power Generator |
| DE102012222635A1 (en) * | 2012-12-10 | 2014-06-12 | Behr Gmbh & Co. Kg | Heat exchanger, in particular for a motor vehicle |
| KR102263866B1 (en) * | 2014-12-24 | 2021-06-10 | 한국전기연구원 | Thermoelectric generator using waste heat |
-
2018
- 2018-07-12 KR KR1020180081162A patent/KR102545690B1/en active IP Right Grant
-
2023
- 2023-06-15 KR KR1020230076824A patent/KR102706603B1/en active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102545690B1 (en) | 2023-06-20 |
| KR20230091851A (en) | 2023-06-23 |
| KR20200007265A (en) | 2020-01-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102706603B1 (en) | Heat conversion device | |
| JP7171725B2 (en) | heat converter | |
| KR102434261B1 (en) | Heat conversion device | |
| JP7407718B2 (en) | thermoelectric module | |
| US20240251677A1 (en) | Heat converter | |
| KR102639098B1 (en) | Heat conversion device | |
| KR102562012B1 (en) | Heat conversion device | |
| KR102492207B1 (en) | Heat conversion device | |
| KR102316222B1 (en) | Heat conversion device | |
| JP2021529431A (en) | Thermoelectric element | |
| JP7395557B2 (en) | heat conversion equipment | |
| KR102622545B1 (en) | Heat conversion device | |
| KR102697874B1 (en) | Heat conversion device | |
| KR20210028494A (en) | Thermo electric module | |
| JP2022500853A (en) | Thermoelectric element | |
| KR102693401B1 (en) | Thermo electric module | |
| KR102724417B1 (en) | Thermo electric module | |
| KR102249020B1 (en) | Heat conversion device | |
| KR20210128982A (en) | Heat conversion device | |
| JP2022547108A (en) | thermoelectric module | |
| KR20210028493A (en) | Thermo electric module | |
| KR20200069897A (en) | Liquide container and water purifying device comprising the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A107 | Divisional application of patent | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |