CN110730890B - 热转换装置 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的实施例的热转换装置包括：电连接并以阵列形式设置的多个P型热电臂和多个N型热电臂；设置在多个P型热电臂和多个N型热电臂的一个表面上的绝缘部；设置在绝缘部上的散热器；与散热器隔开规定距离的风扇；以及多个耦接构件，其具有1×103kgf/cm2至30×103kgf/cm2的弹性模量，并且将散热器和风扇固定。耦接构件中的每一个包括：轴部；设置在轴部的一端并固定到散热器的第一固定部；从轴部的外周面突出并固定到风扇的第二固定部；以及从轴部的外周面突出并设置在散热器与风扇之间以使散热器与风扇分离的分离部，其中，第二固定部的宽度朝向第一固定部增加，并且轴部、第一固定部、第二固定部和分离部一体地形成。

Description

热转换装置
技术领域
本发明涉及一种使用热电元件的热转换装置，更具体地，涉及一种在热转换装置中包括的散热器与风扇之间的耦接结构。
背景技术
热电现象是一种由于材料中的电子和空穴的移动而产生的现象，是指热与电之间的直接能量转换。
热电元件是利用热电效应的元件的通用术语，并且具有设置在金属电极之间的P型热电材料和N型热电材料结合而形成PN结对的结构。
热电元件可划分为利用根据温度变化的电阻变化的元件、利用因温度差而产生电动势的塞贝克效应的元件、以及利用由于电流而发生加热或吸热的珀尔帖效应的元件。
热电元件被广泛应用于家用电器、电子部件、通信部件等。例如，热电元件可以应用于冷却装置、加热装置、发电装置等。因此，对热电元件的热转换性能的需求逐渐增加。
通常，使用热电元件的热转换装置可以具有这样的结构，其中，散热器设置在吸热部的一侧，并且散热器和风扇设置在加热部的一侧。
图1是示出在热转换装置的加热部的一侧的散热器与风扇之间的耦接结构的一个示例的图。
参考图1，可以使用螺栓30组装散热器10和风扇20。因此，由于散热器10与风扇20直接接触，因此，当风扇20运转时，可能产生噪声和振动。另外，可能存在以下问题：当螺栓30耦接到风扇20时，风扇20由于强大的外力而弯曲。
发明内容
技术问题
本发明旨在提供一种在热转换装置中包括的散热器与风扇之间的耦接结构。
技术方案
本发明的一个方面提供一种热转换装置，该热转换装置包括：多个P型热电臂和多个N型热电臂，所述多个P型热电臂和多个N型热电臂电连接并且以阵列形式设置；绝缘部，所述绝缘部设置在多个P型热电臂和多个N型热电臂中的每一者的一个表面上；散热器，所述散热器设置在绝缘部上；风扇，所述风扇设置成与散热器间隔开规定距离；以及多个耦接构件，所述多个耦接构件具有在1×103kgf/cm2到30×103kgf/cm2的范围内的弹性模量，并且将散热器和风扇固定，其中，耦接构件中的每一个包括：轴部；设置在轴部的一端并且固定到散热器的第一固定部；从轴部的外周面突出并且固定到风扇的第二固定部；以及分离部，所述分离部从轴部的外周面突出，并且设置在散热器与风扇之间，并且使散热器与风扇分离，其中，第二固定部的宽度在朝向第一固定部的方向上增加，并且轴部、第一固定部、第二固定部以及分离部一体地形成。
第二固定部可以具有圆形截锥形式。
分离部可以连接到第一固定部，并且设置在第一固定部与第二固定部之间，风扇可以包括供轴部穿过的孔，分离部的第一表面可以与孔的第一周缘接触，第二固定部的第一表面可以与孔的第二周缘接触，分离部的第一表面和第二固定部的第一表面中的每一者的宽度可以大于孔的直径。
第二固定部的第一表面的宽度可以在孔的直径的120％至180％的范围内，并且第二固定部的与第二固定部的第一表面相对的第二表面的宽度可以在孔的直径的50％至80％的范围内。
分离部的第一表面与第二固定部的第一表面之间的距离可以在风扇的高度的0.9倍至1倍的范围内。
第二固定部与轴部之间的至少一部分可以是空的。
第二固定部可以具有包括在第二固定部的底表面中形成的至少一个凹槽的圆锥台形式。
轴部中的至少一部分可以是空的，第二固定部从轴部中的该至少一部分突出。
耦接构件可以包括硅树脂。
在散热器中可以形成用于固定第一固定部的凹槽。
分离部的高度可以在1mm至10mm的范围内。
散热器可以设置在热电元件的加热表面上。
耦接构件可以具有在40Hs至90Hs的范围内的硬度。
有益效果
根据本发明的实施例，能够获得热转换性能高并且噪声和振动低的热转换装置。另外，根据本发明的实施例，能够容易地组装热转换装置。
附图说明
图1是示出在热转换装置的加热部的一侧处的散热器与风扇之间的耦接结构的一个示例的图。
图2是示出根据本发明的一个实施例的热转换装置的分解透视图。
图3是示出根据本发明的一个实施例的热转换装置的剖视图。
图4是示出根据本发明的一个实施例的在热转换装置中包括的热电元件的剖视图。
图5是示出根据本发明的一个实施例的在热转换装置中包括的热电元件的透视图。
图6至图8是用于说明散热器的一个示例的视图。
图9是示出根据本发明的一个实施例的在热转换装置中包括的耦接构件的视图。
图10是示出根据本发明的一个实施例的用于将耦接构件耦接到其上的、散热器的一部分和风扇的一部分的视图。
图11至图13是示出根据本发明的一个实施例的使用耦接构件来耦接第一散热器和风扇的处理的视图。
图14是示出根据本发明的另一个实施例的耦接构件的侧视图。
具体实施方式
由于本发明允许各种改变和许多实施例，因此将在附图中示出并在书面描述中详细描述具体实施例。然而，这并不旨在将本发明限制在特定的实施方式，并且应理解，不背离本发明的精神和技术范围的所有改变、等同物和替代物都包含在本发明中。
将理解的是，尽管在本文中可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用于区分一个元件和另一个元件。例如，在不背离本发明的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，第二元件可以类似地被称为第一元件。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项目中的任何一个或组合。
应当理解的是，当一个元件被称为“连接”或“耦接”到另一个元件时，其可以直接连接或耦接到另一个元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一个元件时，没有中间元件。
本文中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不是旨在限制本发明。如本文所使用的，除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式。将进一步理解，当本文中使用术语“包括”、“包含”时，指定所述的特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组的存在或添加。
除非另外定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。还将理解的是，诸如在常用词典中定义的那些术语，应被解释为具有与相关领域的背景中它们的含义相一致的含义，并且除非在此明确定义，否则将不被解释为理想化或过于形式化的含义。
下面将参考附图更详细地描述本发明的示例性实施例。无论图号如何，相同或彼此对应的组件都用相同的附图标记表示，并且将省略重复的描述。
图2是根据本发明的一个实施例的热转换装置的分解透视图。图3是示出根据本发明的一个实施例的热转换装置的剖视图。图4是示出根据本发明的一个实施例的在热转换装置中包括的热电元件的剖视图。图5是示出根据本发明的一个实施例的在热转换装置中包括的热电元件的透视图。图6至图8是用于说明散热器的一个示例的视图。
参照图2和图3，热转换装置1000包括热电元件100、第一散热器200、风扇300、绝热构件400、壳体500以及第二散热器600。
参考图4和图5，根据本发明实施例的热电元件100包括下基板110、下电极120、P型热电臂130、N型热电臂140、上电极150以及上基板160。
下电极120设置在下基板110与P型热电臂130和N型热电臂140的下底表面之间，上电极150设置在上基板160与P型热电臂130和N型热电臂140的上底表面之间。因此，多个P型热电臂130和多个N型热电臂140通过下电极120和上电极150电连接。设置在下电极120与上电极150之间并且彼此电连接的一对P型热电臂130和N型热电臂140可以形成单元电池。
例如，当通过导线(lead wire)181和182将电压施加于下电极120与上电极150之间时，由于珀耳帖效应，电流从P型热电臂130流到N型热电臂140所经由的基板吸收热并因此用作冷却部，并且电流从N型热电臂140流到P型热电臂130所经由的基板被加热并因此用作加热部。在本说明书中，吸热表面也可以是基板的用作冷却部的一个表面，并且加热表面也可以是基板的用作加热部的一个表面。
这里，P型热电臂130和N型热电臂140可以是主要包括铋(Bi)和碲(Te)的基于碲化铋(Bi-Te)的热电臂。P型热电臂130可以是包括基于100wt％的总重量在99wt％至99.999wt％的范围内的基于碲化铋(Bi-Te)的主要材料、以及基于100wt％的总重量在0.001wt％至1wt％的范围内的含有Bi或Te的混合物的热电臂，其中，基于碲化铋(Bi-Te)的主要材料含有锑(Sb)、镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、铅(Pb)、硼(B)、镓(Ga)、碲(Te)、铋(Bi)和铟(In)中的至少一种。例如，P型热电臂130的主要材料可以是Bi-硒(Se)-Te，并且P型热电臂130可以进一步包括基于总重量在0.001wt％至1wt％范围内的Bi或Te。N型热电臂140可以是包括基于100wt％的总重量在99wt％至99.999wt％的范围内的基于碲化铋(Bi-Te)的主要材料、以及基于100wt％的总重量在0.001wt％至1wt％的范围内的含有Bi或Te的混合物的热电臂，其中，基于碲化铋(Bi-Te)的主要材料含有Se、Ni、Cu、Ag、Pb、B、Ga、Te、Bi和In中的至少一种。例如，N型热电臂140的主要材料可以是Bi-Sb-Te，并且N型热电臂140可以进一步包括基于总重量在0.001wt％至1wt％的范围内的Bi或Te。
P型热电臂130和N型热电臂140可以形成为体积型或堆叠型。通常，体积型P型热电臂130或体积型N型热电臂140可以通过对热电材料进行热处理以制造铸锭并对铸锭进行粉碎和筛分(straining)以获得用于热电臂的粉末，烧结粉末，并切割烧结体而形成。堆叠型P型热电臂130或堆叠型N型热电臂140可以通过用包括热电材料的糊状物涂布片状基部以形成单元构件，堆叠单元构件，并切割堆叠的单元构件而形成。
在这种情况下，该一对P型热电臂130和N型热电臂140可以具有相同的形状和体积，或者可以具有不同的形状和体积。例如，由于P型热电臂130和N型热电臂140的导电特性不同，所以N型热电臂140的高度或横截面积可以与P型热电臂130的高度或横截面积不同。
根据本发明的一个实施例的热电元件的性能可以表示为塞贝克指数。塞贝克指数(ZT)可以由式1表示。
[式1]
ZT＝α2·σ·T/k
其中，α是塞贝克系数[V/K]，σ是电导率[S/m]，α2·σ是功率因数(W/mK2)。另外，T是温度，k是热导率[W/mK]。k可以表示为a·cp·ρ，其中a是热扩散率[cm2/S]，cp是比热[J/gK]，ρ是密度[g/cm3]。
为了获得热电元件的塞贝克指数，使用Z测量计(Z meter)测量Z值(V/K)，然后，使用测量到的Z值计算塞贝克指数(ZT)。
另一方面，设置在下基板110与P型热电臂130之间以及下基板110与N型热电臂140之间的下电极120、以及设置在上基板160和P型热电臂130之间以及上基板160和N型热电臂140之间的上电极150中的每一个可以包括Cu、Ag和Ni中的至少一种，并且可以具有在0.01mm至0.3mm的范围内的厚度。在下电极120或上电极150的厚度小于0.01mm的情况下，下电极120或上电极150的电极功能劣化，从而其导电性能可能降低，并且下电极120或上电极150的厚度大于0.3mm的情况下，下电极120或上电极150的电阻增加，从而其导电效率可能降低。
另外，彼此相对的下基板110和上基板160可以是绝缘基板或金属基板。绝缘基板可以是氧化铝基板或柔性聚合物树脂基板。柔性聚合物树脂基板可以包括具有聚酰亚胺(PI)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、环烯烃共聚物(COC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或树脂的任意的绝缘树脂材料，例如，高渗透性塑料。金属基板可以包括Cu、Cu合金或Cu-Al合金，并且其厚度可以在0.1mm至0.5mm的范围内。在金属基板的厚度小于0.1mm或大于0.5mm的情况下，由于其散热性或导热性可能变得过高，所以热电元件的可靠性可能降低。此外，在下基板110和上基板160是金属基板的情况下，可以在下基板110与下电极120之间以及上基板160与上电极150之间进一步形成介电层170。介电层170可以包括具有在5W/K至10W/K的范围内的热导率的材料，并且可以具有在0.01mm至0.15mm的范围内的厚度。在介电层170的厚度小于0.01mm的情况下，绝缘效率或耐电压特性可能降低，并且在介电层170的厚度大于0.15mm的情况下，热导率降低，从而散热效率可能降低。
这里，下基板110和上基板160的尺寸也可以不同。例如，下基板110和上基板160中的一者的体积、厚度或面积可以大于其他者的体积、厚度或面积。因此，能够提高热电元件的吸热性能或散热性能。
另外，也可以在下基板110和上基板160的至少一个表面上形成散热图案，例如，不规则图案。因此，能够提高热电元件的散热性能。在与P型热电臂130或N型热电臂140接触的表面上形成不规则图案的情况下，还可以改善热电臂与基板之间的接合特性。
另一方面，P型热电臂130或N型热电臂140可具有圆柱形形式、多边形柱形式、椭圆形柱形式等。
根据本发明的一个实施例，P型热电臂130或N型热电臂140的与电极接合的部分的宽度可以较大。
在本说明书中，提供设置在包括下基板110、下电极120、P型热电臂130、N型热电臂140、上电极150和上基板160的热电元件100的两个表面上的散热器的示例，但是本发明不限于此。可以省略下基板110和上基板160中的至少一个，并且散热器也可以用作下基板110和上基板160。在这种情况下，也可以在散热器与下电极120之间或散热器与上电极150之间进一步设置绝缘部。
返回参照图2和图3，第一散热器200设置在热电元件100的一个表面上，例如，设置在加热表面的一侧，并且风扇300耦接到第一散热器200。在这种情况下，风扇300可以是冷却风扇。风扇300可以与空调一起使用。
另外，第二散热器600设置在热电元件100的另一个表面上，例如，设置在吸热表面的一侧上。在这种情况下，可以在热电元件100与第二散热器600之间进一步设置绝热构件400，并且热电元件100和绝热构件400这两者可以被容纳在壳体500中。
在第一散热器200和第二散热器600中的每一者中，具有平板形式的多个平坦的基部构件设置为彼此平行，并且可以具有平坦的基部构件之间的空间形成空气流路的结构。
参照图6至图8，第一散热器200可以包括至少一个流路图案200A，该流路图案200A使用包括第一平坦表面210和第二平坦表面220并且形成为平板的基部构件形成空气流路C1。
参照图6至图8，流路图案200A可以具有这样的结构，其中，基部构件被折叠而形成具有规定间距P1和P2以及规定高度T1的弯曲图案，也就是折叠结构。
如上所述，空气与第一散热器200的第一平坦表面210和第二平坦表面220进行表面接触，并且可以通过流路图案200A使与空气进行表面接触的面积最大化。
参照图6，在空气沿流路方向C1被引入的情况下，空气可以在均匀地与第一平坦表面210和第二平坦表面220进行接触的同时移动，并且在流路方向C2上移动。因此，与具有简单的平板形式的基部构件相比接触表面大，因此吸热效果或加热效果提高。
根据本发明的实施例，为了进一步增加与空气接触的面积，也可以在基部构件上形成突出型阻力图案230。
另外，如图7所示，阻力图案230可以形成为具有在空气被引入的方向上以规定的倾斜角θ倾斜的突出结构。因此，由于可以使阻力图案230与空气之间的摩擦最大化，所以可以增加接触表面或可以提高接触效率。另外，也可以在基部构件的阻力图案230的前部的表面中形成凹槽240。由于与阻力图案230接触的空气的一部分量穿过凹槽240并且在基部构件的前表面与后表面之间移动，所以可以进一步增加接触面积或者可以进一步提高接触效率。
阻力图案230被示出为形成在第一平坦表面210上，但是不限于此，也可以形成在第二平坦表面220上。
参照图8，流路图案可以具有各种变型例。
例如，如图8a所示可以以规定间距P1重复具有曲率的图案，如图8b所示可以重复具有切削刃部的图案，或者如图8c和图8d所示单元图案也可以具有多边形形状。尽管在附图中未示出，但是阻力图案也可以形成在图案的表面B1和B2中的每一个上。
在图8中，流路图案具有规定的循环和高度，但不限于此，并且流路图案的循环和高度T1可以非均匀地改变。
在图6至图8中，为了便于描述，示出了第一散热器200的一个示例，并且根据本发明实施例的热转换装置中包括的第一散热器200的结构进行可以各种修改。
另一方面，根据本发明的实施例，第一散热器200和风扇300可以设置成间隔开规定距离。为此，第一散热器200和风扇300可以具有弹性，并且可以使用将第一散热器200固定到风扇300的多个耦接构件700来固定第一散热器200和风扇300。
如上所述，当第一散热器200和风扇300设置成间隔开规定距离时，由于风扇300旋转时产生的振动传递到第一散热器200的问题被最小化，因此能够防止第一散热器200的振动和噪音。
图9是示出根据本发明的一个实施例的在热转换装置中包括的耦接构件的视图。图10是示出根据本发明的一个实施例的耦接到耦接构件的、散热器的一部分和风扇的一部分的视图。图9a是示出耦接构件的侧视图，图9b是示出从图9a旋转90°的耦接构件的侧视图。
参照图9和图10，耦接构件700包括：轴部710；设置在轴部710的一端并且固定到第一散热器200的第一固定部720；从轴部710的外周面突出并且固定到风扇300的第二固定部730；以及分离部740，分离部740从轴部710的外周面突出，设置在第一散热器200和风扇300之间，并且将第一散热器200与风扇300分离。
在这种情况下，轴部710、第一固定部720、第二固定部730和分离部740可以包括硅树脂并且可以一体地形成。另外，耦接构件700的弹性模量可以在1×103kgf/cm2到30×103kgf/cm2的范围内，耦接构件700的硬度可以在40Hs至90Hs的范围内。在这种情况下，硬度的单位可以是肖氏硬度，并且肖氏硬度可以使用其端部固定有钻石的下落物体从规定高度下落时的回弹高度来测量。因此，耦接构件700能够固定第一散热器200和风扇300。
首先，第一固定部720是固定到第一散热器200的部分，为此，可以在第一散热器200中形成用于固定第一固定部720的凹槽G。
第一固定部720包括前端区域722、中间区域724、后端区域726和连接区域728。前端区域722、中间区域724和后端区域726可以一体地形成为具有圆柱形式或椭圆柱形式。在这种情况下，前端区域722的直径d1小于中间区域724的直径d2，并且中间区域724的直径d2可以小于后端区域726的直径d3。例如，在形成在第一散热器200中的凹槽G具有容纳第一固定部720的中间区域724的形式的情况下，第一固定部720的前端区域722的直径d1可以小于形成在第一散热器200中的凹槽G的直径D1，中间区域724的直径d2可以是形成在第一散热器200中的凹槽G的直径D1的1倍至1.1倍，并且后端区域726的直径d3可以大于形成在第一散热器200中的凹槽G的直径D1。由于中间区域724具有弹性，所以即使中间区域724的直径d2是形成在第一散热器200中的凹槽G的直径D1的1倍至1.1倍时，中间区域724也可以插入凹槽G中。因此，在第一固定部720的前端区域722开始进入并且进入形成在第一散热器200中的凹槽G之后，可以使用后端区域726来固定耦接构件700的位置。在这种情况下，可以在中间区域724与后端区域726之间形成台阶。因此，在第一固定部720的中间区域724进入形成在第一散热器200中的凹槽G之后，中间区域724可以由于后端区域726而停止。后端区域726可以固定到形成在第一散热器200中的凹槽G。例如，后端区域726可以设置在凹槽G的外周，或者也可以固定在第一散热器200的散热片之间。另外，第一固定部720的连接区域728可以将中间区域724和分离部740连接，并且可以具有厚度小于中间区域724的直径的板形式。在这种情况下，形成在第一散热器200中的凹槽G可以进一步包括供第一固定部720的连接区域728穿过的区域。第一固定部720的连接区域728穿过的区域的宽度D2可以与连接区域728的厚度相同，或者可以是连接区域728的厚度的0.9倍至1.1倍，并且宽度D2可以小于凹槽G的直径D1。因此，在第一固定部720的中间区域724被容纳在第一散热器200中形成的凹槽G中之后，中间区域724可以不分离到外部。
接下来，第二固定部730是固定到风扇300的部分，为此，风扇300可以包括孔H，耦接构件700的每个轴部710穿过该孔H。在这种情况下，彼此面对并且彼此间隔开的两个平板可以设置在风扇300的边缘，并且孔H可以形成在两个平板的每一个中并且彼此相对应。
第二固定部730的宽度W可以在朝向第一固定部720的方向上增加。也就是说，第二固定部730的宽度可以具有圆锥台形式，并且第二固定部730的一个表面732可以与风扇300接触。
在这种情况下，第二固定部730的一个表面732的宽度W2可以在形成在风扇300中的孔H的直径的120％至180％的范围内，优选地在130％至170％的范围内，并且更优选地在140％至160％的范围内，并且与该一个表面732相对的另一表面734的宽度W1可以在形成在风扇300中的孔H的直径的50％至80％的范围内，优选地在55％至75％的范围内，并且更优选地在60％至70％的范围内。如上所述，在第二固定部730的一个表面732的宽度大于形成在风扇300中的孔H的直径并且另一表面734的宽度小于形成在风扇300中的孔H的直径的情况下，在第二固定部730穿过形成在风扇300中的孔H之后，第二固定部730可以固定到风扇300。如上所述，由于第二固定部730具有弹性，所以第二固定部730的具有大于孔H的直径的宽度的一个表面732能够穿过孔H。
在这种情况下，第二固定部730与轴部710之间的至少一部分可以是空的。例如，第二固定部730可以具有包括形成在一个表面732中的至少一个凹槽的圆锥台形式。例如，第二固定部730可以具有上端部分被截去的圆锥形式。
或者，轴部710中的至少一部分可以是空的，第二固定部730从轴部710中的该至少一部分突出。
第二固定部730与轴部710之间的中空空间的体积或第二固定部730从其中突出的轴部710中的中空空间的体积可以在由第二固定部730的上表面、底表面和侧表面限定的圆锥台的体积的1/3至2/3的范围内。或者，第二固定部730与轴部710之间的中空空间的高度或第二固定部730从其中突出的轴部710中的中空空间的高度可以为由第二固定部730的上表面、底表面和侧表面限定的圆锥台的高度的1/3至2/3。第二固定部730与轴部710之间的中空空间的形式可以是圆锥形式，并且第二固定部730从其中突出的轴部710中的中空空间的形式可以是圆柱形式。
如上所述，在第二固定部730与轴部710之间的至少一部分是空的或者第二固定部730从其中突出的轴部710中的至少一部分是空的这样的情况下，第二固定部730的具有大于风扇300中形成的孔H的直径的宽度的弹性的一个表面732穿过风扇300中形成的孔H，钩在孔H的外围上，因此，容易被固定到风扇300。
接下来，分离部740可以从轴部710突出并且可以连接到第一固定部720的连接区域728。分离部740例如可以具有圆柱形式或棱柱形式，并且分离部740的宽度可以大于形成在风扇300中的孔H的直径。因此，分离部740可以用于使第一散热器200与风扇300分离规定距离。为此，在分离部740为圆柱形式或棱柱形式的情况下，上表面和下表面中的一个可以与第一散热器200直接接触，而上表面和下表面中的另一个表面可以与风扇300直接接触。分离部740的上表面和下表面的直径可以大于形成在第一散热器200中的凹槽G的直径D2和形成在风扇300中的孔H的直径。因此，分离部740可以稳定地保持第一散热器200与风扇300之间的、与分离部740的高度相对应的规定距离。
在这种情况下，分离部740的高度h1可以在1mm至10mm的范围内，并且可以优选地在2mm至8mm的范围内。在分离部740的高度不在这样的值范围内的情况下，噪声可能变大。例如，在分离部740的高度小于1mm的情况下，冷却效率高，但是存在高噪声的问题。另外，在分离部740的高度大于10mm的情况下，噪声小，但是存在冷却效率低的问题。
在这种情况下，第二固定部730与分离部740之间的距离h2，具体地，第二固定部730的一个表面732与分离部740的一个表面742之间的距离可以在风扇300的高度的0.9倍至1倍的范围内。因此，分离部740的一个表面742被固定到形成在风扇300中的孔H的下周缘302，第二固定部730的一个表面732被固定到形成在风扇300中的孔H的上周缘304，从而第一散热器200和风扇300可以被稳固地耦接。由于根据本发明的实施例的耦接构件700具有弹性，所以即使第二固定部730与分离部740之间的距离h2在风扇300的高度的0.9倍至1倍的范围内时，分离部740的一个表面742也可以被固定到风扇300中形成的孔H的下周缘302，第二固定部730的一个表面732可以被固定到风扇300中形成的孔H的上周缘304。
根据本发明的实施例，多个耦接构件700，例如，两个耦接构件，优选地三个耦接构件，并且更优选地四个耦接构件可以将第一散热器200和风扇300耦接。为此，形成在第一散热器200中的多个凹槽G可以对应于形成在风扇300中的多个孔H的位置。
图11至图13是示出根据本发明的一个实施例的使用耦接构件将第一散热器和风扇耦接的处理的视图。
参考图11a，将形成在耦接构件700的轴部710的一端上的第一固定部720穿过形成在第一散热器200中的凹槽G。在这种情况下，如图12所示，第一固定部720可以插入第一散热器200的壁表面中，或者如图13所示，第一固定部720也可以插入第一散热器200的中间。
接下来，参照图11b，耦接构件700的轴部710的另一端部穿过形成在风扇300中的孔H。在这种情况下，当外力沿与第一散热器200相反的方向施加于耦接构件700的轴部710的另一端部，并且第二固定部730穿过形成在风扇300中的孔H时，耦接构件700可以稳固地将第一散热器200和风扇300耦接。
接下来，参照图11c，在第二固定部730穿过形成在风扇300中的孔H之后，耦接构件700的轴部710的另一端部被切割。如上所述，在轴部710的另一端部具有从第二固定部730纵向延伸的结构并且在图11b的处理之后延伸部被切割的情况下，第一散热器200和风扇300被容易地耦接。
接下来，参照图11d，图11a至图11c的处理可以重复多次，例如重复两次以上，优选地重复三次以上，并且更优选地重复四次以上。
因此，第一散热器200和风扇300能够被稳固地耦接。
另一方面，根据本发明的另一实施例，耦接构件还可以包括多个第二固定部。图14是示出根据本发明的另一个实施例的耦接构件的侧视图。
参照图14，多个第二固定部730可以被布置为彼此间隔开规定距离。在此，多个第二固定部730被示出为具有相同的尺寸，但不限于此。例如，多个第二固定部730可以具有各种尺寸。因此，耦接构件700可以通用地用于具有任意高度或包括具有各种尺寸的孔的风扇300。
表1至表7示出了根据第一散热器和风扇之间的间隔距离的、冷却温度和噪声的实验结果。
表1至表7是对10个样本进行的在吸热部的一个点(吸热部#1)和吸热部的另一点(温度吸热部#2)处的温度测量的结果，每个样本的间隔距离为0mm、1mm、4mm、6mm、8mm、10mm和12mm。在这种情况下，使用分离部的高度来调节间隔距离。
[表1]
Figure BDA0002309001050000151
[表2]
Figure BDA0002309001050000161
[表3]
Figure BDA0002309001050000171
[表4]
Figure BDA0002309001050000181
[表5]
Figure BDA0002309001050000191
[表6]
Figure BDA0002309001050000201
[表7]
Figure BDA0002309001050000211
参照表1至表7，在第一散热器与风扇之间的间隔距离为0mm的情况下，冷却效率高，但是存在噪音大的问题。另外，在第一散热器与风扇之间的间隔距离为12mm的情况下，噪音小，但是存在冷却效率低的问题。然而，根据本发明的实施例，在第一散热器与风扇之间的间隔距离在1mm至10mm或更小的范围内并且优选地在2mm至8mm或更小的范围内的情况下，可以获得具有高冷却效率和低噪音的热电模块。
根据本发明的实施例的热电元件可以应用于发电装置、冷却装置、加热装置、废热利用装置等。具体地，根据本发明的实施例的热电元件主要可应用于光通信模块、传感器、医疗装置、测量仪器、航空航天工业、冰箱、冷却器、汽车通风片、杯保持器、洗衣机、烘干机、酒窖、净水器、传感器电源、热电堆等。
在这种情况下，聚合酶链反应(PCR)装置是将根据本发明的实施例的热电元件应用于医疗装置的示例。PCR装置用于扩增脱氧核糖核酸(DNA)以确定DNA序列，并且需要精确的温度控制和热循环。为此，基于珀尔帖的热电元件可以应用于PCR装置。
光电检测器是将根据本发明的实施例的热电元件应用于医疗装置的另一示例。在这种情况下，光电检测器包括红外/紫外检测器、电荷耦合器件(CCD)传感器、X射线检测器和热电热参考源(TTRS：thermoelectric thermal referencesource)等。基于珀尔帖的热电元件可以应用于对光电检测器进行冷却。因此，可以防止由于光电检测器中的温度升高引起的波长变化、输出劣化、分辨率降低等。
免疫测定领域、体外诊断领域、一般温度控制和冷却系统、物理治疗领域、液体冷却器系统和血液/血浆温度控制领域等是将根据本发明实施例的热电元件应用于医疗装置的其他示例。因此，可以执行更精确的温度控制。
人造心脏是将根据本发明的实施例的热电元件应用于医疗装置的另一个示例。因此，可以向人造心脏供应电力。
将根据本发明的实施例的热电元件应用于航空航天工业的示例包括恒星跟踪系统、热成像相机、红外/紫外线检测器、CCD传感器、哈勃太空望远镜、TTRS。因此，可以维持成像传感器的温度。
将根据本发明的实施例的热电元件应用于航空航天工业的其他示例包括冷却装置、加热器、电力发生装置等。
另外，根据本发明的实施例的热电元件可以在其他工业领域中应用于产生电力、冷却和加热。
虽然已经结合示例性实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行形式和细节上的各种变化。

Claims (14)

1.一种热转换装置，包括：
热电元件；
散热器，所述散热器设置在所述热电元件上；
风扇，所述风扇设置成与所述散热器间隔开规定距离；以及
耦接构件，所述耦接构件将所述散热器和所述风扇固定，
其中，所述耦接构件包括：
轴部；
第一固定部，所述第一固定部设置在所述轴部的一端并且固定到所述散热器；
第二固定部，所述第二固定部从所述轴部的外周面突出并且固定到所述风扇；以及
分离部，所述分离部设置在所述第一固定部与所述第二固定部之间，
其中，所述分离部设置在所述散热器与所述风扇之间，并且
其中，所述轴部、所述第一固定部、所述第二固定部以及所述分离部一体地形成，
其中，在所述散热器中形成用于固定所述第一固定部的凹槽，
其中，所述第一固定部包括具有第一直径的前端区域、具有第二直径的中间区域和具有大于第二直径的第三直径的后端区域，
其中，所述前端区域的所述第一直径小于所述凹槽的直径，所述中间区域的所述第二直径为所述凹槽的所述直径的1至1.1倍，并且所述后端区域的所述第三直径大于所述凹槽的所述直径。
2.根据权利要求1所述的热转换装置，其中：
所述风扇包括供所述轴部穿过的孔，
所述分离部的第一表面与所述孔的第一周缘接触，
所述第二固定部的第一表面与所述孔的第二周缘接触，并且
所述分离部的所述第一表面和所述第二固定部的所述第一表面中的每一者的宽度大于所述孔的直径。
3.根据权利要求2所述的热转换装置，其中：
所述第二固定部的所述第一表面的宽度在所述孔的所述直径的120％至180％的范围内，并且
所述第二固定部的与所述第二固定部的所述第一表面相对的第二表面的宽度在所述孔的所述直径的50％至80％的范围内。
4.根据权利要求2所述的热转换装置，其中，所述分离部的所述第一表面与所述第二固定部的所述第一表面之间的距离在所述风扇的高度的0.9倍至1倍的范围内。
5.根据权利要求1所述的热转换装置，其中，所述第二固定部与所述轴部之间的至少一部分是空的。
6.根据权利要求5所述的热转换装置，其中，所述第二固定部具有包括在所述第二固定部的底表面中形成的至少一个凹槽的圆锥台形式。
7.根据权利要求1所述的热转换装置，其中，所述轴部中的至少一部分是空的，所述第二固定部从所述轴部中的该至少一部分突出。
8.根据权利要求1所述的热转换装置，其中，所述耦接构件包括硅树脂。
9.根据权利要求1所述的热转换装置，其中，所述耦接构件具有在40Hs至90Hs的范围内的硬度。
10.根据权利要求1所述的热转换装置，其中，所述耦接构件具有在1×103kgf/cm2至30×103kgf/cm2的范围内的弹性模量。
11.根据权利要求1所述的热转换装置，其中，所述分离部的高度为1mm至10mm。
12.根据权利要求1所述的热转换装置，其中，所述第一固定部的所述中间区域插入所述凹槽中。
13.根据权利要求12所述的热转换装置，其中，所述第一固定部还包括连接区域，所述连接区域将所述中间区域和所述分离部连接，
其中，所述连接区域为厚度小于所述中间区域的直径的板形式，并且
所述凹槽包括供所述连接区域穿过的区域。
14.根据权利要求13所述的热转换装置，其中，所述连接区域穿过的所述区域的宽度与所述连接区域的厚度相同或者大于所述连接区域的厚度，并且小于所述凹槽的直径。
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