KR100658699B1 - Flexible thermoelectric module - Google Patents

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KR100658699B1
KR100658699B1 KR1020060005302A KR20060005302A KR100658699B1 KR 100658699 B1 KR100658699 B1 KR 100658699B1 KR 1020060005302 A KR1020060005302 A KR 1020060005302A KR 20060005302 A KR20060005302 A KR 20060005302A KR 100658699 B1 KR100658699 B1 KR 100658699B1
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type thermoelectric
thermoelectric element
thermoelectric module
flexibility
thermal conductivity
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KR1020060005302A
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이지환
임철호
이영섭
이장훈
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인하대학교 산학협력단
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Abstract

A flexible thermoelectric module is provided to change or recover its shape by bonding an n-type thermoelectric element and a p-type thermoelectric element on a polar thin film electrode having high elasticity. A plurality of electrodes(30,30') are connected serially on upper and lower surfaces of an n-type thermoelectric element(10) and a p-type thermoelectric element(20). A plurality of insulating layers(40,40') are installed on the outside of the electrodes. A supporting layer(50) is formed on an inner surface of one of the n-type thermoelectric element and the p-type thermoelectric element. The n-type thermoelectric element and the p-type thermoelectric element are formed with single crystal elements.

Description

유연성을 갖는 열전 모듈{Flexible thermoelectric module}Flexible thermoelectric module

도 1은 종래 기술에 따른 열전 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도,1 is a perspective view schematically showing a thermoelectric module according to the prior art,

도 2는 본 발명에 의한 유연성을 갖는 열전 모듈을 개략적으로 나타내는 도면,2 is a view schematically showing a thermoelectric module having flexibility according to the present invention;

도 3은 본 발명에 의한 유연성을 갖는 열전 모듈의 절곡된 형태를 개략적으로 나타내는 도면,3 is a view schematically showing a bent form of a thermoelectric module having flexibility according to the present invention;

도 4는 본 발명에 의한 유연성을 갖는 열전 모듈이 다수번 절곡된 형태를 개략적으로 나타내는 도면,4 is a view schematically showing a form in which a thermoelectric module having flexibility according to the present invention is bent many times;

도 5는 본 발명에 의한 유연성을 갖는 열전 모듈의 일 실시예에 의한 사용 상태도를 개략적으로 나타내는 도면,5 is a view schematically showing a state diagram of use according to an embodiment of a thermoelectric module having flexibility according to the present invention;

도 6은 본 발명에 의한 유연성을 갖는 열전 모듈의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면,6 is a view schematically showing another embodiment of a thermoelectric module having flexibility according to the present invention;

도 7은 본 실시예에 의한 유연성을 갖는 열전 모듈의 절곡된 형태를 개략적으로 나타내는 도면. 7 is a view schematically showing a bent form of a thermoelectric module having flexibility according to the present embodiment.

** 도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명 **** Explanation of symbols for main parts of the drawing **

1 : 열전 모듈, 3 : 음료수 캔,1: thermoelectric module, 3: beverage can,

10 : n형 열전 소자, 20 : p형 열전 소자,10: n-type thermoelectric element, 20: p-type thermoelectric element,

30, 30' : 전극, 40, 40' : 절연층,30, 30 ': electrode, 40, 40': insulating layer,

50 : 지지층.50: support layer.

본 발명은 열전 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고탄성의 극박판 전극에 n형 및 p형 열전 소자를 접합함으로써 유연성을 갖도록 이루어져 모듈 자체의 형상 변형 및 복원이 가능하고, 이로 인해 다양한 형상을 갖는 대상에 적용가능할 뿐만 아니라, 별도의 시스템을 추가할 필요 없이 적용 부위의 형상에 맞게 직접 접촉가능하게 이루어짐으로써 열 전달 효율이 향상되어 방열 효과가 우수하며, 골격( Skeleton) 구조로 이루어짐으로써 별도의 세라믹 기판을 사용할 필요가 없는 유연성을 갖는 열전 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric module, and more particularly, it is possible to have flexibility by joining n-type and p-type thermoelectric elements to a highly elastic ultra-thin electrode, and thus it is possible to deform and restore the shape of the module itself. Not only applicable to the object, but also made possible to be in direct contact to the shape of the application site without the need to add a separate system to improve the heat transfer efficiency is excellent heat dissipation effect, and made of a skeleton structure (skeleton) structure to separate ceramic A thermoelectric module having flexibility that does not require the use of a substrate.

일반적으로 열전 모듈은 열전 반도체 소자를 이용하여 흡열 또는 발열 현상에 의한 온도를 제어하기 위해 사용되는 것으로, 두개의 세라믹 기판 사이에 서로 다른 2개 이상의 n형 열전 소자와 p형 열전 소자가 쌍을 이루어 배열되되, 세라믹 기판에 고정되는 구조를 가진다.In general, a thermoelectric module is used to control temperature due to endothermic or exothermic phenomenon using a thermoelectric semiconductor element, and two or more different n-type thermoelectric elements and p-type thermoelectric elements are paired between two ceramic substrates. Arranged but fixed to the ceramic substrate.

이때, 열전 반도체 소자들은 전기적으로 직렬 구조를 이루며, 열적으로 병렬 구조로 구성된다.In this case, the thermoelectric semiconductor elements are electrically series-structured, and are thermally paralleled.

이러한 열전 모듈은 빠른 열 응답 속도, 국부적인 냉각, 정밀한 온도 제어가 요구되는 부분, 공간적인 제한에 요구되는 부분, 신뢰성이 요구되는 부분에 사용할 수 있는 장점이 있어 고집적 소자 및 각종 센서 등의 냉각, 의료 장비의 항온 항습, 가전 제품의 냉각을 위한 수단으로 사용되고 있다.These thermoelectric modules can be used for fast thermal response speed, local cooling, parts requiring precise temperature control, parts requiring space constraints, and parts requiring reliability, such as cooling of highly integrated devices and various sensors, It is used as a means for constant temperature and humidity of medical equipment and cooling of home appliances.

또한, 각종 기계적인 작동 부위가 필요 없을 뿐만 아니라, 시스템의 안정성이 우수하여 인공 위성 또는 우주 탐사기의 발전 시스템으로 사용되는 등 군사, 항공, 우주 분야에 적용되고 있는 실정이다.In addition, various mechanical operating parts are not required, and the stability of the system is excellent, and thus, it is used in military, aviation, and space fields such as being used as a power generation system of a satellite or a space probe.

이러한 종래의 열전 모듈은 도 1에 도시하고 있는 바와 같이, 두 개의 세라믹 기판(101, 101') 사이에 구리 재질의 금속 전극(102, 102')과 n형 열전 소자(103) 및 p형 열전 소자(104)를 배열하되, "Π"형식으로 직렬 연결하여 이루어지는 구조의 열전 모듈(100)이 통상적이며, 각각의 연결 및 결합은 메탈라이징 및 납땜을 통하여 이루어진다.As shown in FIG. 1, the conventional thermoelectric module includes a copper metal electrode 102 and 102 ′, an n-type thermoelectric element 103, and a p-type thermoelectric between two ceramic substrates 101 and 101 ′. A thermoelectric module 100 having a structure in which the elements 104 are arranged and connected in series in the form of Π is conventional, and each connection and coupling is made through metallizing and soldering.

여기서, 상기 열전 모듈(100)의 전극(102, 102')에 사용되는 금속은 일반적으로 전도성이 좋은 구리 재질을 이용하고 있으나, 전극(102, 102')의 두께가 두껍고, 탄성이 없기 때문에 외부에서 하중이 인가될 경우, 열전 소자(103, 104)와 전극전극(102, 102')간의 접합부가 파단 및 파열되는 문제점이 있었다.Here, although the metals used for the electrodes 102 and 102 'of the thermoelectric module 100 generally use copper having good conductivity, the electrodes 102 and 102' are thick and have no elasticity. When a load is applied at, the junction between the thermoelectric elements 103 and 104 and the electrode electrodes 102 and 102 ′ has a problem of breaking and breaking.

한편, 상기 세라믹 기판(101, 101')은 외부에서 인가되는 하중으로부터 전극(102, 102')과 열전 소자(103, 104)가 파단 및 파손되는 것을 방지하고, 접촉부위 와의 절연을 유지하는 역할을 수행하나, 알루미나 또는 질화 알루미나 등의 세라믹 재질로 이루어지고, 전극(102, 102')과 메탈라이징 및 납땜에 의하여 접합되는 방식으로 이루어져 변형이 불가능한 구조로 이루어짐으로써 적용되는 대상의 접촉면 형상에 따라 사용 및 적용 범위에 제한적이라는 문제점이 있으며, 이로 인해 열전달 효율이 저하되는 문제점이 있었다.Meanwhile, the ceramic substrates 101 and 101 'prevent the electrodes 102 and 102' and the thermoelectric elements 103 and 104 from being broken and damaged from a load applied from the outside, and maintain the insulation with the contact portions. However, it is made of a ceramic material such as alumina or alumina nitride, and is formed in a non-deformable structure by joining the electrodes 102 and 102 'by metallization and soldering, according to the contact surface shape of the object to be applied. There is a problem that the use and application range is limited, and this causes a problem that the heat transfer efficiency is lowered.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 원통형 물체에 적용가능한 열전 모듈이 제안되었으나, 열전 모듈의 형상 및 크기가 정해져 있기 때문에 적용되는 대상의 크기에 따라 별도로 제작되어야 하고, 제작 후 변형이 불가능하다는 문제점이 있었다.In order to solve this problem, a thermoelectric module applicable to a cylindrical object has been proposed, but since the shape and size of the thermoelectric module are determined, it must be manufactured separately according to the size of the object to be applied, and there is a problem that deformation after manufacture is impossible.

또한, 열전 소자와 열전 소자의 사이를 충진하고, 전극의 외측에 부착되는 절연 부재를 사용함으로써 플렉시블하고, 절연이 가능한 열전 모듈이 제안되었으나, 모듈을 변형시킬 경우, 전극이 소성 변형되어 구겨지거나, 손상되는 문제점이 있었으며, 절연 부재가 전극의 외측에 부착되어 있어 열 전달이 저하된다는 문제점이 있었다.In addition, a flexible and insulated thermoelectric module has been proposed by filling between the thermoelectric element and the thermoelectric element and using an insulating member attached to the outer side of the electrode. However, when the module is deformed, the electrode is plastically deformed or wrinkled, There was a problem of being damaged, there was a problem that the heat transfer is reduced because the insulating member is attached to the outside of the electrode.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 고탄성의 극박판 전극에 n형 및 p형 열전 소자를 접합함으로써 유연성을 갖도록 이루어져 모듈 자체의 형상 변형 및 복원이 가능하고, 이로 인해 다양한 형상을 갖는 대상에 적용가능할 뿐만 아니라, 별도의 시스템을 추가할 필요 없이 적용 부위의 형상에 맞게 직접 접촉가능하게 이루어짐으로써 열 전달 효율이 향상되어 방열 효과가 우수하며, 골격(Skeleton) 구조로 이루어짐으로써 별도의 세라믹 기판을 사용할 필요가 없어 생산 단가가 저렴할 뿐만 아니라, 제조 공정이 단순화시킬 수 있어 보다 향상된 수요를 창출할 수 있는 유연성을 갖는 열전 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, it is possible to have flexibility by joining the n-type and p-type thermoelectric elements to the highly elastic ultra-thin plate electrode, it is possible to modify and restore the shape of the module itself, and thus various shapes Not only can be applied to the object having, but also can be directly contacted according to the shape of the application site without the need to add a separate system to improve the heat transfer efficiency is excellent heat dissipation effect, and made of a skeleton (skeleton) structure It is an object of the present invention to provide a thermoelectric module having the flexibility of not only using a ceramic substrate but also producing a low production cost and simplifying a manufacturing process to create an improved demand.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 열전 모듈에 있어서, n형 열전 소자 및 p형 열전 소자; 상기 n형 열전 소자 및 p형 열전 소자의 상, 하부면에 직렬로 다수개 연결되되, 탄성을 갖는 전극; 상기 각 전극의 외측에 구비되되, 절연성 및 열 전도도가 우수하며, 변형이 가능한 절연층; 및 상기 n형 열전 소자 및 p형 열전 소자의 상, 하부면에 직렬로 연결되는 전극 중 어느 한 전극의 내측면에 구비되는 지지층; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a thermoelectric module comprising: an n-type thermoelectric element and a p-type thermoelectric element; An electrode having a plurality of electrodes connected in series to upper and lower surfaces of the n-type thermoelectric element and the p-type thermoelectric element; An insulating layer provided on an outer side of each electrode, the insulating layer having excellent insulation and thermal conductivity, and which can be deformed; And a support layer provided on an inner surface of one of the electrodes connected in series to upper and lower surfaces of the n-type thermoelectric element and the p-type thermoelectric element. Characterized in that comprises a.

바람직하게는, 상기 n형 열전 소자 및 p형 열전 소자가 단결정 소자로 이루어진다.Preferably, the n-type thermoelectric element and the p-type thermoelectric element are made of a single crystal element.

대안적으로는, 상기 n형 열전 소자 및 p형 열전 소자가 일방향 응고재 소자로 이루어진다.Alternatively, the n-type thermoelectric element and the p-type thermoelectric element consist of unidirectional coagulant elements.

더불어, 상기 n형 열전 소자 및 p형 열전 소자가 소결재 소자로 이루어진다.In addition, the n-type thermoelectric element and the p-type thermoelectric element is composed of a sintered material element.

여기서, 상기 전극이 탄성 및 전기 전도도가 높은 베릴륨동 재질로 이루어진다.Here, the electrode is made of a beryllium copper material of high elasticity and electrical conductivity.

대안적으로는, 상기 전극이 탄성 및 전기 전도도가 높은 인청동 재질로 이루어진다.Alternatively, the electrode is made of a phosphor bronze material with high elasticity and electrical conductivity.

여기서, 상기 절연층이 절연 특성 및 열 전도도가 높은 알루미나로 형성되는 코팅 또는 시트(Sheet) 형태로 이루어진다.Here, the insulating layer is formed of a coating or sheet (Sheet) formed of alumina having high insulating properties and high thermal conductivity.

대안적으로는, 상기 절연층이 절연 특성 및 열 전도도가 높은 베릴리아로 형성되는 코팅 또는 시트(Sheet) 형태로 이루어진다.Alternatively, the insulating layer is in the form of a coating or sheet formed of beryllia having high insulating properties and high thermal conductivity.

그리고, 상기 절연층이 절연 특성 및 열 전도도가 높은 질화 알루미나로 형성되는 코팅 또는 시트(Sheet) 형태로 이루어진다.The insulating layer is formed of a coating or sheet formed of alumina nitride having high insulating properties and high thermal conductivity.

또한, 상기 절연층이 절연 특성 및 열 전도도가 높은 DLC(Diamond-Like Carbon)로 형성되는 코팅 또는 시트(Sheet) 형태로 이루어진다.In addition, the insulating layer is formed of a coating or sheet (Sheet) formed of DLC (Diamond-Like Carbon) having high insulating properties and thermal conductivity.

더불어, 상기 절연층이 절연 특성 및 열 전도도가 높은 열전도성 고분자로 형성되는 코팅 또는 시트(Sheet) 형태로 이루어진다.In addition, the insulating layer is formed of a coating or sheet formed of a thermally conductive polymer having high insulating properties and thermal conductivity.

한편, 상기 절연층이 절연 특성 및 열 전도도가 높은 알루미나, 베릴리아, 질화 알루미나, DLC(Diamond-Like Carbon), 열전도성 고분자 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 형성되는 코팅 또는 시트(Sheet) 형태로 이루어진다.On the other hand, the insulating layer is formed of a coating or sheet (Sheet) is formed containing at least one or more of alumina, beryllia, alumina nitride, DLC (Diamond-Like Carbon), a thermally conductive polymer having high insulating properties and thermal conductivity Is done.

여기서, 상기 지지층이 플렉시블한 절연 재료로 이루어진다.Here, the support layer is made of a flexible insulating material.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다. 도 2는 본 발명에 의한 유연성을 갖는 열전 모듈을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명에 의한 유연성을 갖는 열전 모듈의 절곡된 형태를 개략 적으로 나타내는 도면이다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 2 is a view schematically showing a flexible thermoelectric module according to the present invention, Figure 3 is a view schematically showing a bent form of the thermoelectric module having a flexibility according to the present invention.

도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 유연성을 갖는 열전 모듈(1)은 일반적으로 사용되는 열전 소자로 이루어지는 n형 열전 소자(10) 및 p형 열전 소자(20)와 한 쌍으로 이루어지되, 다수 쌍으로 배열되는 n형 열전 소자(10) 및 p형 열전 소자(20)를 연결하기 위하여 그 상, 하부면에 교대로 구비되는 다수개의 전극(30, 30')과 상기 각 전극(30, 30')의 외측면에 구비되는 절연층(40, 40')과 상기 n형 열전 소자(10) 및 p형 열전 소자(20)의 상, 하부면에 직렬로 연결되는 전극(30, 30') 중 어느 한 전극(30')의 내측면에 구비되는 지지층(50)으로 구성된다.As shown in the figure, the thermoelectric module 1 having flexibility according to the present invention is composed of a pair of n-type thermoelectric element 10 and p-type thermoelectric element 20 made of a thermoelectric element generally used. In order to connect the n-type thermoelectric element 10 and the p-type thermoelectric element 20 arranged in a plurality of pairs, a plurality of electrodes 30 and 30 'alternately provided on upper and lower surfaces thereof, and the respective electrodes 30 30 'and 30' are provided on the outer surface of the insulating layers 40 and 40 'and the electrodes 30 and 30 connected in series to the upper and lower surfaces of the n-type thermoelectric element 10 and the p-type thermoelectric element 20. It consists of the support layer 50 provided in the inner surface of any one of 30 '.

여기서, 상기 n형 열전 소자(10) 및 p형 열전 소자(20)는 제조 방법에 따라 단결정 소자, 일방향 응고재 소자, 소결재 소자 등의 다양한 소자가 적용되는 것이 바람직하며, 기타 다양한 재질 또는 형태의 소자가 적용되는 것도 가능하다.Here, the n-type thermoelectric element 10 and the p-type thermoelectric element 20 is preferably a variety of devices, such as a single crystal device, one-way coagulation material device, sintered material device according to the manufacturing method, other various materials or forms It is also possible to apply the device.

한편, 상기 전극(30, 30')은 한 쌍으로 이루어지되, 다수 쌍으로 배열되는 상기 n형 열전 소자(10) 및 p형 열전 소자(20)의 상, 하부면에 구비된다. Meanwhile, the electrodes 30 and 30 'are formed in pairs, and are provided on upper and lower surfaces of the n-type thermoelectric element 10 and the p-type thermoelectric element 20 arranged in a plurality of pairs.

즉, 상기 전극(30, 30')은 n형 열전 소자(10) 및 p형 열전 소자(20)를 순차적으로 다수 쌍 배열시킨 후 어느 한 n형 열전 소자(10)와 p형 열전 소자(20)의 상부면에 설치하고, 어느 한 n형 열전 소자(10)와 다른 한 p형 열전 소자(20)의 하부면에 설치하며, 어느 한 p형 열전 소자(20)와 다른 한 n형 열전 소자(10)의 하부면에 설치하는 등 대략 "Π"형식으로 직렬 연결하여 이루어지는 구조로 이루어진다.That is, the electrodes 30 and 30 'are arranged in plural pairs of n-type thermoelectric elements 10 and p-type thermoelectric elements 20 sequentially, and then any one n-type thermoelectric element 10 and a p-type thermoelectric element 20 are formed. Is installed on the bottom surface of one n-type thermoelectric element 10 and the other p-type thermoelectric element 20, and the other n-type thermoelectric element 20 and one n-type thermoelectric element 20 The lower surface of the (10), such as is formed in a structure consisting of a series of approximately "Π" in series.

여기서, 상기 전극(30, 30')은 탄성이 높은 금속 재질로 이루어지되, 전기 전도도가 높은 베릴륨동 또는 인청동 등의 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.Here, the electrodes 30 and 30 'are made of a metal material having high elasticity, but preferably made of a material such as beryllium copper or phosphor bronze having high electrical conductivity.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 전극(30, 30')이 탄성 및 전기 전도도가 높은 베릴륨동 또는 인청동 재질로 이루어져 있으나, 탄성 및 전기 전도도가 높다면 기타 다양한 금속 재질로 이루어지는 것도 가능하다.In an embodiment of the present invention, the electrodes 30 and 30 'are made of beryllium copper or phosphor bronze material having high elasticity and electrical conductivity, but may be made of various other metal materials if the elasticity and electrical conductivity are high.

한편, 상기 전극(30, 30')의 두께는 열전 소자의 크기와 열 전도성, 적용하고자 하는 부위의 특성에 따라 다양하게 변형가능하며, 이로 인해 다양한 설계가 가능하다.On the other hand, the thickness of the electrode (30, 30 ') can be variously modified according to the size of the thermoelectric element, the thermal conductivity, the characteristics of the site to be applied, thereby allowing a variety of designs.

상기 절연층(40, 40')은 상기 n형 열전 소자(10)와 p형 열전 소자(20)의 상, 하부면에 구비되는 각 전극(30, 30')의 외측면에 구비되되, 절연 특성 및 열 전도도가 우수한 재질로 이루어질 뿐만 아니라, 그 형상의 변형 및 복원이 가능하도록 이루어진다.The insulating layers 40 and 40 'are provided on the outer surfaces of the electrodes 30 and 30' provided on the upper and lower surfaces of the n-type thermoelectric element 10 and the p-type thermoelectric element 20, respectively. Not only is made of a material having excellent properties and thermal conductivity, but also can be modified and restored in shape.

여기서, 상기 절연층(40, 40')은 절연 특성 및 열 전도도가 높은 알루미나로 형성되는 코팅 형태로 이루어지는 것이 바람직하나, 상기 절연층(40, 40')이 베릴리아, 질화 알루미나, DLC(Diamond-Like Carbon), 열전도성 고분자로 형성되는 코팅 형태로 이루어지는 것도 가능하다.Here, the insulating layers 40, 40 'is preferably made of a coating formed of alumina having high insulating properties and thermal conductivity, but the insulating layers 40, 40' are beryllia, alumina nitride, DLC (Diamond). -Like Carbon), it is also possible to form a coating formed of a thermally conductive polymer.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 절연층(40, 40')이 절연 특성 및 열 전도도가 높은 알루미나, 베릴리아, 질화 알루미나, DLC(Diamond-Like Carbon), 열전도성 고분자로 형성되는 코팅 형태로 이루어져 있으나, 상기 절연층(40, 40')이 알루미나, 베릴리아, 질화 알루미나, DLC(Diamond-Like Carbon), 열전도성 고분자 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 형성되는 코팅 형태로 이루어지는 것도 가능하며, 절연 특성 및 열 전도도가 높다면 상기 절연층(40, 40')이 기타 다양한 재질로 이루어져 코팅 형태로 이루어지는 것도 가능하다.In an embodiment of the present invention, the insulating layers 40 and 40 'are formed of a coating formed of alumina, beryllia, nitrided alumina, DLC (Diamond-Like Carbon), and a thermally conductive polymer having high insulating properties and thermal conductivity. However, the insulating layers 40 and 40 'may be formed in a coating form including at least one of alumina, beryllia, alumina nitride, DLC (Diamond-Like Carbon), and a thermally conductive polymer. If the characteristics and the thermal conductivity is high, the insulating layers 40 and 40 'may be made of various other materials to form a coating.

한편, 상기 n형 열전 소자(10) 및 p형 열전 소자(20)의 상, 하부면에 직렬로 연결되는 전극(30, 30') 중 어느 한 전극(30')의 내측면에 지지층(50)이 구비되되, 상기 지지층(50)은 플렉시블한 절연 재료로 이루어진다.On the other hand, the support layer 50 on the inner side of any one of the electrodes 30 'of the electrodes 30, 30' connected in series to the upper and lower surfaces of the n-type thermoelectric element 10 and the p-type thermoelectric element 20 ) Is provided, the support layer 50 is made of a flexible insulating material.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 지지층(50)이 상기 전극(30, 30') 중 어느 한 전극(30')의 내측면에 구비되어 있으나, 상기 지지층(50)이 상기 전극(30, 30') 중 다른 한 전극(30)의 내측면에 구비되는 것도 가능하다.In one embodiment of the present invention, the support layer 50 is provided on the inner surface of any one of the electrodes 30, 30 ', but the support layer 50 is the electrode 30, 30' It may also be provided on the inner side of the other electrode (30).

상기한 바와 같이, 탄성 및 전기 전도도가 높은 전극(30, 30')과 절연 특성 및 열 전도도가 우수한 재질로 이루어지되, 그 형상의 변형 및 복원이 가능한 절연층(40, 40') 및 플렉시블한 절연 재료로 이루어지는 지지층(50)에 의하여 상기 열전 모듈(1)은 외압에 의하여 그 형태가 가변가능하게 이루어지며, 이로 인해 본 발명에 의한 열전 모듈(1)이 적용되는 대상의 형상 및 접촉면 형상에 따라 다양한 형태로 변형가능하다.As described above, the electrodes 30 and 30 'having high elasticity and electrical conductivity and a material having excellent insulating properties and thermal conductivity, but having insulating and deformable layers 40 and 40' that can be deformed and restored in shape The thermoelectric module 1 is made of a variable shape by an external pressure by the support layer 50 made of an insulating material, and thus the thermoelectric module 1 may be formed in the shape and the contact surface of the object to which the thermoelectric module 1 according to the present invention is applied. It can be modified in various forms.

또한, 적용되는 대상의 형상 및 접촉면의 형상에 적용된 후 외압이 제거되면 상기 열전 모듈(1)은 전극(30, 30')과 절연층(40, 40') 및 지지층(50)의 탄성에 의하여 원래의 형태로 복원된다.In addition, when the external pressure is removed after being applied to the shape of the object and the contact surface to be applied, the thermoelectric module 1 may be formed by the elasticity of the electrodes 30 and 30 ', the insulating layers 40 and 40', and the support layer 50. Restored to its original form.

도 4는 본 발명에 의한 유연성을 갖는 열전 모듈이 다수번 절곡된 형태를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명에 의한 유연성을 갖는 열전 모듈의 일 실시예에 의한 사용 상태도를 개략적으로 나타내는 도면으로서, 유연성을 갖는 열전 모듈이 다수번 절곡된 모습과 일반 음료수 캔에 적용된 모습을 개략적으로 나타낸 것이다.FIG. 4 is a view schematically showing a form in which a thermoelectric module having flexibility according to the present invention is bent many times, and FIG. 5 is a view schematically showing a state diagram of use of a thermoelectric module having flexibility according to the present invention. As an example, the flexible thermoelectric module is bent a number of times and is applied to a general beverage can.

도 2를 참조하여 설명하면 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 유연성을 갖는 열전 모듈(1)은 각 구성 요소가 탄성을 갖는 플렉시블한 재질 또는 변형 가능한 재질로 이루어짐으로써 적용 대상에 따라 다양한 변형이 가능하다.Referring to Figure 2 as shown in the figure, the thermoelectric module (1) having flexibility according to the present invention is composed of a flexible material or a deformable material having each component is elastic, so that various Modifications are possible.

일 예로, 상기 열전 모듈(1)이 소정 형상으로 절곡됨으로써 원통형상체로 형성되는 음료수 캔의 외주연에 밀착되어 음료수 캔을 냉각시킬 수 있다.For example, the thermoelectric module 1 may be bent into a predetermined shape to be in close contact with the outer circumference of the beverage can formed in a cylindrical shape to cool the beverage can.

여기서, 유연성을 갖는 상기 열전 모듈(1)의 형상 변형이 자유롭기 때문에 적용되는 대상의 표면이 곡면으로 형성되더라도 대상의 표면에 직접 접촉이 가능하며, 이로 인해 종래의 열전 모듈(1)에 비하여 우수한 냉각 효율을 갖는다.In this case, since the deformation of the thermoelectric module 1 having flexibility is free, even if the surface of the object to be applied is formed into a curved surface, direct contact with the surface of the object is possible, and thus, superior cooling compared to the conventional thermoelectric module 1. Has efficiency.

또한, 본 발명에 의한 열전 모듈(1)이 일반적으로 사용되는 세라믹 기판을 필요로 하지 않는 골격(Skeleton) 구조이며, 고탄성 극박판으로 이루어지되, 탄성 및 전기 전도도가 높은 전극(30, 30')과 절연 특성 및 열 전도도가 우수한 재질로 이루어지되, 형상의 변형 및 복원이 가능한 절연층(40, 40') 및 플렉시블한 절연 재료로 이루어지는 지지층(50)으로 이루어짐으로써 유연하게 구부릴 수 있어 외부로부터 충격이 인가되었을 경우에도 충격을 흡수하여 파단 및 파손을 방지하고, 접촉하는 대상의 형상이 원형 또는 비선형일 경우에도 직접 냉각 및 발전이 가능하다는 등 그 적용 범위를 다양하게 확대시킬 수 있다.In addition, the thermoelectric module 1 according to the present invention has a skeleton structure which does not require a ceramic substrate which is generally used, and is made of a highly elastic ultrathin plate, and has high elasticity and electrical conductivity (30, 30 '). It is made of a material with excellent insulation properties and thermal conductivity, but is made of an insulating layer (40, 40 ') capable of deformation and restoration of shape and a support layer (50) made of a flexible insulating material that can be flexibly bent to impact from the outside. Even when this is applied, the shock absorber can be absorbed to prevent breakage and breakage, and even if the object to be contacted is circular or nonlinear, direct cooling and power generation can be variously expanded.

도 6은 본 발명에 의한 유연성을 갖는 열전 모듈의 다른 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 7은 본 실시예에 의한 유연성을 갖는 열전 모듈의 절곡된 형태를 개략적으로 나타내는 도면으로서, 절연층의 형태를 일부 변경한 것이다.6 is a view schematically showing another embodiment of a thermoelectric module having flexibility according to the present invention, and FIG. 7 is a view schematically showing a bent form of the thermoelectric module having flexibility according to the present embodiment. Some changes have been made.

도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 실시예에서는 상기 각 전극(30, 30')의 외측면에 구비되는 절연층(40, 40')이 전극(30, 30')과 비일체식인 시트(Sheet) 형태로 이루어진다.As shown in the drawings, in the present embodiment, the insulating layers 40 and 40 'provided on the outer surfaces of the electrodes 30 and 30' are non-integral with the electrodes 30 and 30 '. ) Form.

즉, 상기 절연층(40, 40')은 상기 n형 열전 소자(10)와 p형 열전 소자(20)의 상, 하부면에 구비되는 각 전극(30, 30')의 외측면에 상기 각 전극(30, 30')을 포함하는 크기로 이루어지는 비일체식인 시트(Sheet)로 형성되되, 절연 특성 및 열 전도도가 우수한 재질로 이루어질 뿐만 아니라, 그 형상의 변형 및 복원이 가능하도록 이루어진다.That is, the insulating layers 40 and 40 'are formed on the outer surfaces of the electrodes 30 and 30' provided on the upper and lower surfaces of the n-type thermoelectric element 10 and the p-type thermoelectric element 20, respectively. It is formed of a non-integrated sheet made of a size including the electrodes 30 and 30 ', and is made of a material having excellent insulation properties and thermal conductivity, and is capable of modifying and restoring its shape.

상기한 바와 같이, 상기 각 전극(30, 30')의 외측면에 구비되는 절연층(40, 40')이 시트 형태로 이루어짐으로써 제조 공정이 단순하고, 적용 대상물이 부도체인 경우, 시트 형태의 절연층(40, 40') 없이 적용이 가능하여 열 전달 효율이 더욱 향상되는 장점이 있다.As described above, when the insulating layers 40 and 40 'provided on the outer surfaces of the electrodes 30 and 30' are formed in a sheet form, the manufacturing process is simple, and the application object is a nonconductor. It can be applied without the insulating layer (40, 40 ') has the advantage that the heat transfer efficiency is further improved.

여기서, 상기 절연층(40, 40')은 절연 특성 및 열 전도도가 높은 알루미나로 형성되는 시트(Sheet) 형태로 이루어지는 것이 바람직하나, 상기 절연층(40, 40')이 베릴리아, 질화 알루미나, DLC(Diamond-Like Carbon), 열전도성 고분자로 형성되는 시트(Sheet) 형태로 이루어지는 것도 가능하다.Here, the insulating layers 40 and 40 'are preferably formed in a sheet form formed of alumina having high insulating properties and thermal conductivity, but the insulating layers 40 and 40' are beryllia, alumina nitride, DLC (Diamond-Like Carbon), it is also possible to form a sheet (Sheet) formed of a thermally conductive polymer.

본 실시예에서는 상기 절연층(40, 40')이 절연 특성 및 열 전도도가 높은 알 루미나, 베릴리아, 질화 알루미나, DLC(Diamond-Like Carbon), 열전도성 고분자로 형성되는 시트(Sheet) 형태로 이루어져 있으나, 상기 절연층(40, 40')이 알루미나, 베릴리아, 질화 알루미나, DLC(Diamond-Like Carbon), 열전도성 고분자 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 형성되는 시트(Sheet) 형태로 이루어지는 것도 가능하며, 절연 특성 및 열 전도도가 높다면 상기 절연층(40, 40')이 기타 다양한 재질로 이루어져 시트(Sheet) 형태로 이루어지는 것도 가능하다.In the present embodiment, the insulating layers 40 and 40 'are in the form of sheets formed of alumina, beryllia, alumina nitride, diamond-like carbon (DLC), and a thermally conductive polymer having high insulating properties and thermal conductivity. However, the insulating layers 40 and 40 'may also have a sheet form including at least one of alumina, beryllia, alumina nitride, DLC (Diamond-Like Carbon), and a thermally conductive polymer. If the insulating properties and thermal conductivity are high, the insulating layers 40 and 40 'may be made of various other materials to form a sheet.

한편, 본 실시예에서도 상기 n형 열전 소자(10) 및 p형 열전 소자(20)는 제조 방법에 따라 단결정 소자, 일방향 응고재 소자, 소결재 소자 등의 다양한 소자가 적용되는 것이 바람직하며, 상기 전극(30, 30')은 탄성 및 전기 전도도가 높은 베릴륨동 또는 인청동 등의 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.Meanwhile, in the present embodiment, the n-type thermoelectric element 10 and the p-type thermoelectric element 20 may be applied with various elements such as a single crystal element, a unidirectional coagulation element, and a sintered element according to the manufacturing method. The electrodes 30 and 30 'are preferably made of a material such as beryllium copper or phosphor bronze having high elasticity and electrical conductivity.

여기서, 상기 n형 열전 소자(10) 및 p형 열전 소자(20)의 상, 하부면에 직렬로 연결되는 전극(30, 30') 중 어느 한 전극(30')의 내측면에 지지층(50)이 구비되되, 상기 지지층(50')은 플렉시블한 절연 재료로 이루어진다.Here, the support layer 50 is formed on the inner surface of any one electrode 30 'of the electrodes 30 and 30' connected in series to the upper and lower surfaces of the n-type thermoelectric element 10 and the p-type thermoelectric element 20. ) Is provided, and the support layer 50 'is made of a flexible insulating material.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며 해당분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위내에 기재된 범주내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.While the exemplary embodiments of the present invention have been described above by way of example, the scope of the present invention is not limited to the specific embodiments, and those skilled in the art are appropriate within the scope described in the claims of the present invention. It will be possible to change.

이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 고탄성의 극박판 전극에 n형 및 p형 열전 소자를 접합함으로써 유연성을 갖도록 이루어져 모듈 자체의 형상 변형 및 복원이 가능하고, 이로 인해 다양한 형상을 갖는 대상에 적용가능할 뿐만 아니라, 별도의 시스템을 추가할 필요 없이 적용 부위의 형상에 맞게 직접 접촉가능하게 이루어짐으로써 열 전달 효율이 향상되어 방열 효과가 우수하며, 골격(Skeleton) 구조로 이루어짐으로써 별도의 세라믹 기판을 사용할 필요가 없어 생산 단가가 저렴할 뿐만 아니라, 제조 공정이 단순화시킬 수 있어 보다 향상된 수요를 창출할 수 있는 등의 효과를 거둘 수 있다.As described above, the present invention having the configuration as described above has flexibility by joining n-type and p-type thermoelectric elements to a highly elastic ultra-thin plate electrode, and thus the shape of the module itself can be modified and restored. Not only can be applied to the object having, but also can be directly contacted according to the shape of the application site without the need to add a separate system to improve the heat transfer efficiency is excellent heat dissipation effect, and made of a skeleton (skeleton) structure There is no need to use a ceramic substrate, so the production cost is low, and the manufacturing process can be simplified, resulting in improved demand.

Claims (13)

열전 모듈에 있어서,In the thermoelectric module, n형 열전 소자(10) 및 p형 열전 소자(20);an n-type thermoelectric element 10 and a p-type thermoelectric element 20; 상기 n형 열전 소자(10) 및 p형 열전 소자(20)의 상, 하부면에 직렬로 다수개 연결되되, 탄성을 갖는 전극(30, 30'); A plurality of electrodes 30 and 30 'connected in series to upper and lower surfaces of the n-type thermoelectric element 10 and the p-type thermoelectric element 20; 상기 각 전극(30, 30')의 외측에 구비되되, 절연성 및 열 전도도가 우수하며, 변형이 가능한 절연층(40, 40'); 및An insulating layer (40, 40 ') provided on the outside of each electrode (30, 30'), excellent in insulation and thermal conductivity, and deformable; And 상기 n형 열전 소자(10) 및 p형 열전 소자(20)의 상, 하부면에 직렬로 연결되는 전극(30, 30') 중 어느 한 전극(30')의 내측면에 구비되는 지지층(50);Support layer 50 provided on the inner surface of any one electrode 30 'of the electrodes 30, 30' connected in series to the upper and lower surfaces of the n-type thermoelectric element 10 and the p-type thermoelectric element 20 ); 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유연성을 갖는 열전 모듈.Thermoelectric module having flexibility, characterized in that comprises a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 n형 열전 소자(10) 및 p형 열전 소자(20)가 단결정 소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유연성을 갖는 열전 모듈.The thermoelectric module having flexibility, characterized in that the n-type thermoelectric element (10) and p-type thermoelectric element (20) is made of a single crystal element. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 n형 열전 소자(10) 및 p형 열전 소자(20)가 일방향 응고재 소자로 이루 어지는 것을 특징으로 하는 유연성을 갖는 열전 모듈.The thermoelectric module having flexibility, characterized in that the n-type thermoelectric element (10) and the p-type thermoelectric element (20) is made of one-way coagulation material element. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 n형 열전 소자(10) 및 p형 열전 소자(20)가 소결재 소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유연성을 갖는 열전 모듈.The thermoelectric module having flexibility, characterized in that the n-type thermoelectric element (10) and the p-type thermoelectric element (20) is made of a sintered material element. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전극(30, 30')이 탄성 및 전기 전도도가 높은 베릴륨동 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유연성을 갖는 열전 모듈.Thermoelectric module having flexibility, characterized in that the electrode (30, 30 ') is made of a copper beryllium material with high elasticity and electrical conductivity. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전극(30, 30')이 탄성 및 전기 전도도가 높은 인청동 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유연성을 갖는 열전 모듈.Thermoelectric module having flexibility, characterized in that the electrode (30, 30 ') is made of a phosphor bronze material of high elasticity and electrical conductivity. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 절연층(40, 40')이 절연 특성 및 열 전도도가 높은 알루미나로 형성되 는 코팅 또는 시트(Sheet) 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유연성을 갖는 열전 모듈.The thermoelectric module having flexibility, characterized in that the insulating layer (40, 40 ') is formed of a coating or sheet formed of alumina having high insulating properties and thermal conductivity. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 절연층(40, 40')이 절연 특성 및 열 전도도가 높은 베릴리아로 형성되는 코팅 또는 시트(Sheet) 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유연성을 갖는 열전 모듈.The thermoelectric module having flexibility, characterized in that the insulating layer (40, 40 ') is formed of a coating or sheet formed of beryllia with high insulating properties and thermal conductivity. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 절연층(40, 40')이 절연 특성 및 열 전도도가 높은 질화 알루미나로 형성되는 코팅 또는 시트(Sheet) 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유연성을 갖는 열전 모듈.The thermoelectric module having flexibility, characterized in that the insulating layer (40, 40 ') is formed of a coating or sheet formed of alumina nitride having high insulating properties and thermal conductivity. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 절연층(40, 40')이 절연 특성 및 열 전도도가 높은 DLC(Diamond-Like Carbon)로 형성되는 코팅 또는 시트(Sheet) 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유연성을 갖는 열전 모듈.The thermoelectric module having flexibility, characterized in that the insulating layer (40, 40 ') is formed of a coating or sheet formed of DLC (Diamond-Like Carbon) having high insulating properties and thermal conductivity. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 절연층(40, 40')이 절연 특성 및 열 전도도가 높은 열전도성 고분자로 형성되는 코팅 또는 시트(Sheet) 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유연성을 갖는 열전 모듈.Thermoelectric module having flexibility, characterized in that the insulating layer (40, 40 ') is formed of a coating or sheet (Sheet) formed of a thermally conductive polymer with high insulating properties and thermal conductivity. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 절연층(40, 40')이 절연 특성 및 열 전도도가 높은 알루미나, 베릴리아, 질화 알루미나, DLC(Diamond-Like Carbon), 열전도성 고분자 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하여 형성되는 코팅 또는 시트(Sheet) 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유연성을 갖는 열전 모듈.A coating or sheet including the insulating layers 40 and 40 'including at least one of alumina, beryllia, alumina nitride, diamond-like carbon (DLC), and a thermally conductive polymer having high insulating properties and thermal conductivity ( Thermoelectric module having a flexibility, characterized in that the sheet). 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 지지층(50)이 플렉시블한 절연 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유연성을 갖는 열전 모듈.Thermoelectric module having flexibility, characterized in that the support layer (50) is made of a flexible insulating material.
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