KR20190101637A - 열전 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 세라믹 기판 내에 더 많은 개수의 써모일레트릭 커플(thermoelectric couple)배치하여, 단위 면적 당 출력 성능을 향상시킨 열전 모듈에 관한 것으로서, 상하로 배치되는 상부 및 하부 세라믹 기판부; 상기 상부 및 하부 세라믹 기판부의 사이에 배치되어, 열에너지와 전기에너지를 상호 변환하기 위하여 N형 소자와 P형 소자로 이루어진 열전 소자부; 상기 상부 및 하부 세라믹 기판부의 사이에 배치되어, 상기 열전소자부의 N형 및 P형 소자를 전기적으로 연결시켜 주기 위한 전극부; 상기 전극부에 연결되어 상기 상부 및 하부 세라믹 기판부를 벗어나도록 돌출 형성되는 전극 연결부; 및 상기 전극 연결부에 연결되어, 상기 전극부에 외부 전력을 인가하기 위한 도선부를 포함한다.
Description
본 발명의 기술 분야는 열전 모듈에 관한 것으로, 특히 전극과 도선의 접합 구조를 개선하여 출력 성능을 향상시킨 열전 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 열전 변환 소자를 포함하는 열전 모듈은, P형 열전 재료와 N형 열전 재료를 금속 전극들 사이에 접합시킴으로써, PN 접합 쌍을 형성하는 구조이다. 이러한 PN 접합 쌍 사이에 온도 차이를 부여하게 되면, 제벡(Seeback) 효과에 의해 전력이 발생됨으로써 열전 모듈은 발전 장치로서 기능 할 수 있다. 또한, PN 접합 쌍의 어느 한쪽은 냉각되고 다른 한쪽은 발열 되는 펠티어(Peltier) 효과에 의해, 열전 모듈은 온도 제어 장치로서 이용될 수도 있다.
여기서, 상기 펠티어(Peltier) 효과는 외부에서 DC 전압을 가해주었을 때 p타입(p-type) 재료의 정공과 N타입 (N-type) 재료의 전자가 이동함으로써 재료 양단에 발열과 흡열을 일으키는 현상이다. 상기 제벡(Seeback) 효과는 외부 열원에서 열을 공급받을 때 전자와 정공이 이동하면서 재료에 전류의 흐름이 생겨 발전(發電)을 일으키는 현상을 말한다.
제벡 효과는 양단의 온도차가 날 때 기전력이 발생하는 현상으로 이를 이용하여 폐열발전이나 체온을 이용한 소형전자소자(예를 들어 시계)의 전원, 방사능 반감 열을 이용한 우주 탐사선의 전원 등으로 쓰이고 있다.
반대로, 양단에 전류를 흘리면 전하를 따라 열이 이동하여 한쪽은 냉각이 되고 다른 쪽은 가열이 되는 현상을 펠티어 효과라 하는데, 이를 이용하면 기계적 동작이 없는 순전히 전자만을 이용한 냉각장치를 만들 수 있다.
한국공개특허 제10-2013-0071759호(2013.07.01. 공개)는 노트북이나 중앙처리장치나 그래픽 카드 등의 전자장치의 발열원을 냉각시키기 위한 냉각용 열전모듈 및 그 제조방법에 관하여 개시하고 있으며, 전극에 의해 각각의 일단이 서로 전기적으로 연결되는 P형 반도체소자 및 N형 반도체소자를 포함하는 단위열전모듈;을 적어도 1 이상 포함하되, 상기 P형 반도체소자 및 상기 N형 반도체소자는, BiTe계로 이루어지는 주원료물질에 Bi 또는 Te이 혼합된 혼합물로 형성되는 것을 특징으로 한다.
한국등록특허 제10-1454453호(2014.10.17. 등록)는 구조적인 개선을 통해서 열전발전소자의 고온부와 저온부 간의 온도 차를 크게 하여 열전성능을 향상시킨 열전발전모듈에 관하여 개시하고 있다. 개시된 기술에 따르면, 상기 열전발전모듈은, 연결금속에 의해 P형과 N형이 교호적으로 연결 배치되는 복수 개의 열전발전소자; 상기 열전발전소자의 고온부에 설치되는 고온플레이트; 상기 열전발전소자의 저온부에 설치되는 저온플레이트; 및 상기 열전발전소자의 고온부에 충진되어 상기 열전발전소자의 고온부를 상기 열전발전소자의 저온부와 단절시킴과 동시에 외부와 단절시키는 밀봉부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한국공개특허 제10-2012-0104213호(2012.09.20. 공개)는 배열, 열적으로 평행 배열되어 연결되어 있는 P- 및 N-다리로 구성된 열전 모듈을 개시하고 있다. 개시된 기술에 따르면, 전기 전도성 접촉부(contacts)를 통해 서로 엇갈려 접속된 P- 및 N-전도성 열전 재료 다리(legs)로 구성된 열전(thermoelectric) 모듈로써, 열전 모듈의 저온부(cold side) 및/또는 고온부(warm side) 상에 전기 전도성 접촉부의 적어도 일부가, 다공성 금속 재료로 구성된 열전 재료 다리 사이에 형성되거나, 다공성 금속 재료로 구성된 열전 재료 다리로 매입되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 종래의 열전 모듈은, 복수의 N형 소자 및 P형 소자를 번갈아 배치하고, 이를 연결하는 전극을 엇갈려 배치하는데, 모서리에 배치된 전극 중 두 개의 전극에는 P형 및 N형 소자를 하나씩 비워두고, 상기 전극의 비워둔 부분에 도선을 연결하여 용접하는 것을 특징으로 한다. 즉, 하나의 열전 모듈은, 면적에 대비하여, P형 및 N형 소자가 각 하나씩 비워지며, 열전 모듈의 단위 면적당 출력 성능이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전극과 도선의 접합 구조를 개선하여 단위 면적 당 출력 성능을 향상시킨 열전 모듈을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하는 수단으로는, 본 발명의 한 특징에 따르면, 상하로 배치되는 상부 및 하부 세라믹 기판부 ; 상기 상부 및 하부 세라믹 기판부의 사이에 배치되어, 열에너지와 전기에너지를 상호 변환하기 위하여 N형 소자와 P형 소자로 이루어진 열전 소자부; 상기 상부 및 하부 세라믹 기판부의 사이에 배치되어, 상기 열전소자부의 N형 및 P형 소자를 전기적으로 연결시켜 주기 위한 전극부; 상기 전극부에 연결되어 상기 상부 및 하부 세라믹 기판부를 벗어나도록 돌출 형성되는 전극 연결부; 및 상기 전극 연결부에 연결되어, 상기 전극부에 외부 전력을 인가하기 위한 도선부를 포함하는 열전 모듈을 제공한다.
일 실시예에서 , 상기 전극 연결부는, 일측은 상기 전극부와 상기 열전소자부의 사이에 개재되고, 다른 일측은 상기 상부 및 하부 세라믹 기판부를 벗어나도록 돌출 형성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 연장 접합부는, 상기 전극부의 측면으로부터 연장되어 상기 상부 및 하부 세라믹 기판부를 벗어나도록 돌출 형성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 전극 연결부는, 상기 전극부와 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 전극 연결부와 상기 도선부의 연결 부위를 감싸 고정시키기 위한 고정 밴딩부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 고정 밴딩부는, 탄성을 가지는 튜브 형상으로 형성되어, 상기 전극 연결부와 상기 도선부의 연결 부위를 탄력적으로 압착 고정하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 고정 밴딩부는, 테이프 형상으로 형성되어, 상기 전극 연결부와 상기 도선부의 연결 부위에 복수 회 권취되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 전극부와 도선부의 접합 부위를 세라믹 기판으로부터 돌출시킨 열전 모듈을 제공함으로써, 세라믹 기판 내에 더 많은 개수의 써모일레트릭 커플(Thermoelectric couple)를 배치하여, 발전용 열전 모듈에 적용하는 경우 열전 모듈의 단위 면적 당 출력 성능을 향상시킬 수 있고, 냉각용 열전 모듈에 적용하는 경우 열전 모듈의 전면에 고른 냉각효과를 줄 수 있다. 더불어, 상기와 같이 돌출된 접합 부위를 고정 밴딩부를 이용하여 보강함으로써, 전극과 도선 사이의 접합 내구성을 강화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에서 나타내 전극 연결부와 도선부의 접합 부분에 고정 밴딩부를 설치한 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에서 나타낸 전극 연결부의 제2예를 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에서 나타낸 전극 연결부와 도선부의 접합 부분에 고정 밴딩부를 설치한 상태를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에서 나타내 전극 연결부와 도선부의 접합 부분에 고정 밴딩부를 설치한 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에서 나타낸 전극 연결부의 제2예를 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에서 나타낸 전극 연결부와 도선부의 접합 부분에 고정 밴딩부를 설치한 상태를 도시한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 열전 모듈에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에서 나타내 전극 연결부(410)와 도선부(500)의 접합 부분에 고정 밴딩부(610)를 설치한 상태를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 열전모듈은, 상부 및 하부 세라믹 기판부(100:110,120), 열전 소자부(200), 전극부(300), 전극 연결부(400) 및 도선부(500)를 포함한다.
상기 상부 및 하부 세라믹 기판부(100:110,120)는, 서로 마주보도록 상하로 이격 배치된다.
일 실시예에서, 상기 상부 및 하부 세라믹 기판부(100:110,120)의 표면에는 구리를 고온에서 열 증착시켜 형성한 구리층(미도시)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 상부 및 하부 세라믹 기판부(100:110,120)의 마주보는 면에는, 도면에는 도시하지 아니하였지만, 후술(後述)할 전극부가 접착되기 위한 용접재가 도포되는 것을 특징으로 한다.
상기 열전 소자부(200)는, 상기 상부 및 하부 세라믹 기판부(100:110,120)의 사이에 배치되어, 열에너지를 전기에너지로 변환하거나, 전기에너지를 열에너지로 변환한다.
상기 열전 소자부(200)는, N형 소자(210)와 P형 소자(220)로 이루어져, N형 소자(210)에서는 전자의 흐름에 따라, P형 소자(220)에서는 정공(hole)의 흐름에 따라 열이 이동하며 흡열이 발생하는 곳의 온도를 낮추게 된다. 이는 금속 내 전자의 포텐셜 에너지(potential energy) 차가 있기 때문에 포텐셜 에너지가 낮은 상태에 있는 금속으로부터 높은 상태에 있는 금속으로 전자가 이동하기 위해서는 외부로부터 에너지를 얻어야 한다. 접점에서 열에너지를 빼앗기고 반대의 경우에는 열에너지가 방출되게 하는 원리로서, 흡열은 전류 의 흐름과 N형 소자(210) 및 P형 소자(220)가 한 쌍인 써모일레트릭 커플(thermoelectric couple)의 수에 비례하게 된다.
일 실시예에서, 상기 N형 소자(210)는, Skutteridites(□T4Pn12 - □:La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Th, U/ T: Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt/ Pn: P, As, Sb, 치환소재(S, Se, Te)), Clathrates(varying guest atoms (Ba or Sr), dopant atoms (Ga or In), framework atoms (Si or Ge). Ex) Sr8Ga16Ge30,Ba8Ga16Ge30), β-Zn4Sb3 (R3C (Bi, Sn, In, Pb, Ag,.)), Half-Heusler intermetallic compounds(MNiSn (M=Zr, Hf, Ti)), Tetrahedrites (Cu10Tr2Sb4S13(Tr=Fe,Mn,Co,Ni,Cu,Zn)), Bismuth telluride (Bi2Te3-xSex/BixSb2-xTe3;Ag,Cu,I,SbI)), Lead telluride (Pb1-xTeMx(M=Bi,Na,Ag,Sn…)), Magnesium silicide(Mg2Si/Mg2Si1-xSnx;Bi,Al,Sb,Zn), manganese silicides(Mn(MxSi1-x)~1.8(M= Ge, Al, V, Re)) 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 P형 소자(220)는, Skutteridites(□T4Pn12 - □:La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Th, U/ T: Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt/ Pn: P, As, Sb, 치환소재(S, Se, Te)), Clathrates(varying guest atoms (Ba or Sr), dopant atoms (Ga or In), framework atoms (Si or Ge). Ex) Sr8Ga16Ge30,Ba8Ga16Ge30), β-Zn4Sb3 (R3C (Bi, Sn, In, Pb, Ag,.)), Half-Heusler intermetallic compounds(MNiSn (M=Zr, Hf, Ti)), Tetrahedrites (Cu10Tr2Sb4S13(Tr=Fe,Mn,Co,Ni,Cu,Zn)), Bismuth telluride (Bi2Te3-xSex/BixSb2-xTe3;Ag,Cu,I,SbI)), Lead telluride (Pb1-xTeMx(M=Bi,Na,Ag,Sn…)), Magnesium silicide(Mg2Si/Mg2Si1-xSnx;Bi,Al,Sb,Zn), manganese silicides(Mn(MxSi1-x)~1.8(M= Ge, Al, V, Re)) 중의 어느 하나 또는 둘 이상의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 전극부(300)는, 상기 상부 및 하부 세라믹 기판부(100:110,120)의 사이에 배치되어, 상기 열전 소자부(200)의 N형 및 P형 소자(210)(220)를 전기적으로 연결시켜 준다.
일 실시예에서, 상기 전극부(300)는, 판상으로 형성되어, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 코발트(Co) 소재 중 선택된 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 전극부(300)는, 상기 상부 및 하부 세라믹 기판부(100:110,120)에 각각 부착되어, 일측은 상기 N형 소자(210)와 연결되고, 다른 일측은 상기 P형 소자(220)와 연결된다.
상기 전극부(300)는, 용접재에 의하여 상부 세라믹 기판부(110) 또는 하부 세라믹 기판부(120)와, 상기 열전소자부(200) 사이에 접착 고정된다.
일 실시예에서, 상기 용접재는, Ag, In, Cu, Zn, Sn, Cd, Si, P, Al, Mn, Pd, Cr, Fe, B, C, Mo, Nb, W, Co, Ni, Pn, Sn 및 Au으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전극 연결부(410)(420)는, 일측이 상기 전극부(300)에 연결되고, 다른 일측이 상기 상부 및 하부 세라믹 기판부(100:110,120)를 벗어나도록 돌출 형성되어 후술(後述)할 도선부(500)에 연결된다.
일 실시예에서, 상기 전극 연결부(410)(420)는, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 코발트(Co) 소재 중 선택된 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
도 1을 참조하면, 상기 전극 연결부(410)는, 일측이 상기 전극부(300)와 상기 열전소자부(200)의 사이에 개재되고, 다른 일측이 상기 상부 및 하부 세라믹 기판부(110)(120)를 벗어나도록 돌출 형성된다. 여기서 상기 전극 연결부(410)는, 상기 용접재에 의하여, 일면이 상기 열전소자부(200)에 접착되고, 다른 일면이 상기 전극부(300)에 접착되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 전극 연결부(410)는, 상기 전극부(300)과 상기 도선부(500)의 접합 부위를 기판으로부터 돌출시키어, 단위 면적 당 더 많은 써모일레트릭 커플(thermoelectric couple) 수를 배치함으로써, 발전용 열전 모듈에 적용하는 경우 열전 모듈의 출력 성능을 향상시킬 수 있으며, 냉각용 열전 모듈에 적용하는 경우 열전 모듈 전면에 고른 냉각효과를 줄 수 있다.
상기 도선부(500)는, 상기 전극 연결부(300)에 연결되어, 상기 전극부(300)에 외부 전력을 인가한다.
일 실시예에서, 상기 도선부(500)는, 상기 전극 연결부(410)의 돌출된 부위에 상기 용접재(W)에 의하여 접합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 열전 모듈은, 도 2와 같이, 상기 전극 연결부(410)와 상기 도선부(500)의 접합력을 높이기 위하여, 고정 밴딩부(610)를 더 포함할 수 있다.
상기 고정 밴딩부(610)는, 상기 전극 연결부(410)와 상기 도선부(500)의 접합 지점을 감싸어 고정시킨다.
일 실시예에서, 상기 고정 밴딩부(610)는, 탄성을 가지는 튜브 형상으로 형성되어, 상기 전극 연결부(410)와 상기 도선부(500)의 접합 지점을 탄력적으로 압착 고정하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 고정 밴딩부(610)는, 테이프 형상으로 형성되어 상기 전극 연결부(410)와 상기 도선부(500)의 접합 지점에 복수 회 권취되는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명에 다른 실시예에 따른 열전 모듈에 대하여, 도 3 및 도 4를 참조로 하여 설명하도록 한다.
도 3은 도 1에서 나타낸 전극 연결부(420)의 제2예를 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에서 나타낸 전극 연결부(420)와 도선부(500)의 접합 부분에 고정 밴딩부(620)를 설치한 상태를 도시한 도면이다. 여기서, 도 1 및 도 2와 같은 부호를 가지는 구성은, 도 1 및 도 2에서 나타낸 구성과 동일한 형상 및 기능을 가지는 동일 구성이므로, 반복되는 설명을 생략하도록 한다.
도 3을 참조하면, 상기 전극 연결부(420)는, 상기 전극부(300)에 연결되어 상기 상부 및 하부 세라믹 기판부(100:110,120)를 벗어나도록 돌출 형성하되, 상기 전극부의 측면으로부터 연장되어 상기 상부 및 하부 세라믹 기판부(100:110,120)를 벗어나도록 돌출 형성된다.
일 실시예에서, 상기 전극 연결부(420)는, 상기 전극부(300)와 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 고정 밴딩부(620)는, 상기 전극 연결부(420)와 상기 도선부(500)의 접합 지점을 감싸어 고정시킨다.
일 실시예에서, 상기 고정 밴딩부(620)는, 탄성을 가지는 튜브 형상으로 형성되어, 상기 전극 연결부(420)와 상기 도선부(500)의 접합 지점을 탄성적으로 감싸는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 고정 밴딩부(620)는, 테이프 형상으로 형성되어 상기 전극 연결부(420)와 상기 도선부(500)의 접합 지점에 복수 회 권취되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 구성된 고정 밴딩부(610)(620)는, 돌출된 접합 부위를 보강함으로써, 상기 전극부(300)와 상기 도선부(500) 사이의 접합 내구성을 강화할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예는 상술한 장치 및/또는 운용방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다. 이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
W: 용접재
100(110,120): 상부 및 하부 세라믹 기판부
200: 열전 소자부
210: N형 소자부
220: P형 소자부
300: 전극부
410,420: 전극 연결부
500: 도선부
610,620: 고정 밴딩부
100(110,120): 상부 및 하부 세라믹 기판부
200: 열전 소자부
210: N형 소자부
220: P형 소자부
300: 전극부
410,420: 전극 연결부
500: 도선부
610,620: 고정 밴딩부
Claims (5)
- 상하로 배치되는 상부 및 하부 세라믹 기판부 ;
상기 상부 및 하부 세라믹 기판부의 사이에 배치되어, 열에너지와 전기에너지를 상호 변환하기 위하여 N형 소자와 P형 소자로 이루어진 열전 소자부;
상기 상부 및 하부 세라믹 기판부의 사이에 배치되어, 상기 열전소자부의 N형 및 P형 소자를 전기적으로 연결시켜 주기 위한 전극부;
상기 전극부에 연결되어 상기 상부 및 하부 세라믹 기판부를 벗어나도록 돌출 형성되는 전극 연결부; 및
상기 전극 연결부에 연결되어, 상기 전극부에 외부 전력을 인가하기 위한 도선부를 포함하는 열전 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 전극 연결부는
일측은 상기 전극부와 상기 열전소자부의 사이에 개재되고, 다른 일측은 상기 상부 및 하부열전 모듈부를 벗어나도록 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 열전 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 연장 접합부는,
상기 전극부의 측면으로부터 연장되어 상기 상부 및 하부 세라믹 기판부를 벗어나도록 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 열전 모듈.
- 제3항에 있어서,
상기 전극 연결부는, 상기 전극부와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 열전 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 전극 연결부와 상기 도선부의 연결 부위를 감싸 고정시키기 고정 밴딩부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 모듈.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114551707A (zh) * | 2021-03-10 | 2022-05-27 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种低温热电器件及其制备方法 |
| WO2026049300A1 (ko) * | 2024-09-02 | 2026-03-05 | 주식회사 나인테크 | 열전모듈 및 이를 포함하는 능동방열 소자 패키지 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120104213A (ko) | 2009-11-03 | 2012-09-20 | 바스프 에스이 | 열전 모듈에서 접촉 접속부로서 다공성 금속 재료의 용도 |
| KR20130071759A (ko) | 2011-12-21 | 2013-07-01 | 엘지이노텍 주식회사 | 냉각용 열전모듈 및 그 제조방법 |
| KR101454453B1 (ko) | 2013-08-09 | 2014-10-24 | 한국전기연구원 | 열전성능 향상을 위한 고온부 밀봉구조를 갖는 열전발전모듈 |
-
2018
- 2018-02-23 KR KR1020180021858A patent/KR20190101637A/ko not_active Ceased
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120104213A (ko) | 2009-11-03 | 2012-09-20 | 바스프 에스이 | 열전 모듈에서 접촉 접속부로서 다공성 금속 재료의 용도 |
| KR20130071759A (ko) | 2011-12-21 | 2013-07-01 | 엘지이노텍 주식회사 | 냉각용 열전모듈 및 그 제조방법 |
| KR101454453B1 (ko) | 2013-08-09 | 2014-10-24 | 한국전기연구원 | 열전성능 향상을 위한 고온부 밀봉구조를 갖는 열전발전모듈 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114551707A (zh) * | 2021-03-10 | 2022-05-27 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种低温热电器件及其制备方法 |
| WO2026049300A1 (ko) * | 2024-09-02 | 2026-03-05 | 주식회사 나인테크 | 열전모듈 및 이를 포함하는 능동방열 소자 패키지 |
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