KR100791829B1 - 열전모듈용 온도측정 어댑터 - Google Patents

열전모듈용 온도측정 어댑터 Download PDF

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김봉서
오민욱
박수동
이희웅
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Abstract

본 발명은 열전모듈용 온도측정 어댑터에 관한 것으로 특히, 열전모듈의 고온판과 저온판의 표면온도를 측정하기 위해 상기 열전모듈의 상부와 하부에 배치되는 한쌍의 어댑터로 이루어지되, 상기 어댑터는 알루미늄 또는 구리로 성형된 다면체로, 내부에는 열전도율을 높일 수 있는 히트파이프용 고휘발성 액체인 열매질이 충진되고, 일면에는 온도센서 삽입공이 형성되며, 타면에는 열전모듈 수용부가 형성된 상부 어댑터 및 하부 어댑터를 포함하여 이루어진 것을 기술적 요지로 하며, 열전모듈의 표면온도를 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
열전모듈, 온도측정, 열전대

Description

열전모듈용 온도측정 어댑터{Temperature measuring adapter for thermoelectric module}
도 1은 본 발명에 적용될 수 있는 냉각용 열전모듈의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 열전모듈용 온도측정 어댑터의 사시도,
도 3은 도 2의 결합 단면도이다.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
100: 열전모듈 110: 고온판
111, 131: 열전대 삽입공 130: 저온판
150: 열전소자 170: 열전대
200: 열전모듈용 온도 측정 어댑터 210: 상부 어댑터
211: 열전대 삽입공 213: 열전모듈 수용부
215: 내부공간 217: 열매질
218: 단열코팅 219: 열전도성 그리스
230: 하부 어댑터
본 발명은 열전모듈용 온도측정 어댑터에 관한 것으로, 특히 열전모듈의 표면온도를 정확하게 측정할 수 있도록 한 열전모듈용 온도측정 어댑터에 관한 것이다.
열전모듈은 펠티어(Peltier) 효과와 제벡(seebeck)효과를 이용한 것으로, 냉각이나 가열을 동시에 수행할 수 있는 열과 전기의 교환시스템으로, 극전환을 통해 간편하게 냉각과 가열을 전환할 수 있으며, 또한 제벡효과에 의해 모듈 양단간의 온도 차이를 이용하여 전기에너지를 얻을 수 있는 장치이다.
이와 같은 열전모듈은 냉각용과 발전용이 있으며, 빠르고 우수한 냉각효과 또는 발전효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 부피가 매우 작기 때문에 차세대 냉각 및 발전소자로 각광받고 있으며, 특히 냉각용 전자소자와 같이 시스템의 안정성을 요하나 가동공간이 협소한 경우, 소음방지를 요하는 경우, 온도의 제어가 쉽게 가능해야 하는 경우에 사용되어지고 있고, 발전용은 배폐열을 이용하여 열에너지를 전기에너지로 변환하여 발전하는데 사용되어지고 있다.
도 1은 본 발명에 적용될 수 있는 열전모듈의 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 적용될 수 있는 냉각용 열전모듈(100)은 알루미나(Al21O3) 등과 같은 세라믹(ceramics) 재질의 절연 기판(110)(130) 사이에 n형과 p형의 열전소자(150)들을 배열시켜 형성하는바, p형 소자와 n형 소자를 금속전극에 접합시키고 상기 회로 p-n 쌍(couple) 양분지단의 극을 각각 -,+로 되도록 직류 전류를 흘리면, 펠티어 효과에 따라 p형 소자내의 정공은 - 극으로, n형 소자 내의 전자는 반대극으로 이끌리게 된다.
이때 정공과 전자 모두 상부의 p-n접합부 전극으로부터 열을 갖고 하부 양분지단 전극으로 이동하기 때문에 상부의 접합부에서는 냉각되어 주위로부터 열을 흡수하고, 하부의 양분지단은 열을 방출한다. 전류의 흐름을 반대로 하면, 이와 반대의 효과가 일어난다.
한편, 발전용 모듈은 모듈의 양단에 일정 온도차를 형성시키면 제벡효과에 의해 모듈에서 직류전압이 발생하여 전기에너지를 얻을 수 있게 된다.
따라서 열전모듈은 냉각용 또는 가열용으로 사용될 수 있어 온도조절이 필요한 장치에 매우 적절하며, 열에너지로부터 전기에너지를 생성시킬 수 있어 발전용으로도 이용할 수 있다.
한편 이러한 열전모듈은 그 특성에 따라 사용처가 달라지는바, 열전모듈의 특성을 평가하기 위해서는 열전모듈의 표면온도를 측정하는 방법이 이용되고 있으며, 일반적인 표면온도 측정방법은 도 1에 도시된 바와 같이 고온판(110) 및 저온판(130)에 열전대 삽입공(111)(131)을 형성시킨 후 열전대 삽입공(111)(131)에 열전대(170)를 삽입하여 측정하는 방법이 이용되고 있으며, 또한 모듈의 고온판 및 저온판표면의 특정 부분에 열전대를 접촉시킨 후 모듈의 표면 온도를 측정하는 방법이 이용된다.
그러나 열전모듈(100)의 고온판(110) 및 저온판(130)에 열전대(170)를 삽입 또는 접촉하여 표면온도를 측정하는 방법에 따르면, 열전모듈의 표면 전체의 온도를 측정하지 못하고 국부적으로 열전대가 삽입된 부위의 온도만 측정되기기 때문에 온도편차가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 열전모듈을 수납할 수 있는 장치를 이용함으로써 열전모듈의 표면 전체온도를 보다 정확하게 측정할 수 있도록 한 열전모듈용 온도측정 어댑터를 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 열전모듈용 온도측정 어댑터는 열전모듈의 고온판과 저온판의 표면온도를 측정하기 위해 상기 열전모듈의 상부와 하부에 배치되는 한쌍의 어댑터로 이루어지되, 상기 어댑터는 알루미늄 또는 구리로 성형된 다면체로, 내부에는 열전도율을 높일 수 있는 히트파이프용 고휘발성 액체인 열매질이 충진되고, 일면에는 온도센서 삽입공이 형성되며, 타면에는 열전모듈 수용부가 형성된 상부 어댑터 및 하부 어댑터를 포함하여 이루어진다.
이하에는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 열전모듈용 온도측정 어댑터의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 열전모듈용 온도측정 어댑터의 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 열전모듈용 온도측정 어댑터(adapter)(200)는 열전모듈의 상측과 하측에 위치하며, 열전도성 물질인 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)로 제작된다.
열전모듈의 상측과 하측에 위치하는 상부 어댑터(210) 및 하부 어댑터(230)는 그 형상이 동일한바 육면체로 달성되며, 일 측면에는 열전대 삽입공(211)이 형 성되고, 타면 즉, 하면 또는 상면에는 열전모듈 수용부(213)가 형성된다.
이때 어댑터(210)(230)의 내부에는 열전대(170)로의 열전도성을 최대로 높이기 위해 고휘발성 유기물질인 열매질이 충진 되는바, 열매질은 에탄올, 메탄올 또는 히트파이프용 열매질로 이용되는 물 또는 부동액 등으로 달성된다.
한편 상술한 열전대(Thermocouple)(170)는 열기전력을 이용하여 온도를 측정할 수 있도록 하는 것으로, 각기 다른 2개의 금속선의 한쪽 끝을 접합하여 형성한 측온 접점을 측정할 발열체에 인접하게 위치시킨 후 열기전력을 측정함으로써 측정대상의 온도를 알 수 있도록 한 측정기구이다.
이와 같은 열전대는 그 구조가 간단하고 금속선의 종류에 따라 극저온에서부터 1500℃ 정도의 고온까지 넓은 범위의 온도를 측정할 수 있게 되므로 금속용융물의 온도측정 뿐만 아니라 소결로의 내부 온도측정 등 다양하게 이용되고 있다.
도 3은 도 2의 결합 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 열전모듈의 표면 온도측정은 2개의 열전모듈용 온도 측정 어댑터(210)(230) 사이에 수용시킴으로써 달성되는바, 각 어댑터(210)(230)는 내부공간(215)에 열매질(217)이 충진되어 있으며, 측면에는 열전대 삽입공(211)이 형성되어 있고, 하면 또는 상면의 열전모듈 수용부(213)에는 열전모듈(100)이 수용된다.
전술한 열전모듈 수용부(213)에는 어댑터(210)(230)와 열전모듈(100) 사이의 접촉력 및 열전도율을 향상시키기 위해 열전도성 그리스(grease)(219)가 도포된다.
상술한 열전도성 그리스(219)는 열전도성이 우수한 알루미나 분말과 같은 미 세입자가 충진된 물질 또는 1 마이크로미터 이하의 초미분을 사용하는 것이 바람직한바, 열전도성 그리스에 알루미나를 첨가한 물질 또는 유연 폴리머 판(polymer sheet)에 알루미나를 첨가한 물질로 달성된다.
또한 열전모듈 수용부(213) 및 상면 또는 하면을 제외한 모든 면에는 단열물질(218)을 코팅하는 것이 바람직한바, 열방출을 최대한 억제하며, 인접한 두 어댑터 사이의 열전달을 막기 위함이다. 상술한 단열코팅(218)은 비금속단열재인 테프론(teflon)과 같은 고분자 코팅 또는 산화물과 같은 저방열 물질코팅으로 달성된다.
따라서 열전모듈(100)의 표면 즉, 고온판(110) 또는 저온판(130)의 표면전체가 열전모듈용 온도 측정 어댑터(200)와 면접촉 됨에 따라 온도 측정의 정확가 향상된다.
더하여 열전모듈 수용부(213)에 열전도성 그리스(219)를 도포함으로써 보다 정확한 열전달을 기대할 수 있게 된다.
특히 어댑터(210)(230)에 단열코팅을 함으로써 열전달이 상하로만 진행되어 정밀도의 향상을 기대할 수 있으며, 어댑터(210)(230) 내부에 열매질(217)을 충진함으로써 열매질 삽입공(211)을 어댑터 중심부까지 형성시킬 필요 없이 1~2 cm 정도로 작게 형성시켜도 되어 온도측정의 정밀도를 높일 수 있다.
한편, 본 상세한 설명에서는 어댑터가 육면체인 것을 실시예로 설명하였으나, 어댑터의 형상은 육면체 이외의 다면체로 달성될 수 있으며, 원판형으로도 달성될 수 있는바, 모듈의 형상에 따라 적절히 변경하는 것이 바람직 할 것이다.
전술한 내용은 후술할 발명의 특허청구범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허청구범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.
또한, 본 발명에서 개시된 발명의 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 열전모듈용 온도측정 어댑터에 따르면, 열전모듈의 표면 즉, 고온판 또는 저온판의 표면전체가 열전모듈용 온도 측정 어댑터와 면접촉 됨에 따라 온도 측정의 정확가 향상되는 효과가 있다.
더하여 열전모듈 수용부에 열전도성 그리스를 도포함으로써 보다 정확한 열전달을 기대할 수 있는 효과가 있다.
특히 어댑터에 단열코팅을 함으로써 열전달이 상하로만 진행되어 정밀도의 향상을 기대할 수 있으며, 어댑터 내부에 열매질을 충진함으로써 열매질 삽입공을 1~2 cm 정도로 작게 형성시켜도 되어 온도측정의 정밀도를 높일 수 있는 효과가 있 다.

Claims (6)

  1. 열전모듈의 고온판과 저온판의 표면온도를 측정하기 위해 상기 열전모듈의 상부와 하부에 배치되는 한쌍의 어댑터로 이루어지되,
    상기 어댑터는 알루미늄 또는 구리로 성형된 다면체로, 내부에는 열전도율을 높일 수 있는 히트파이프용 고휘발성 액체인 열매질이 충진되고, 일면에는 온도센서 삽입공이 형성되며, 타면에는 열전모듈 수용부가 형성된 상부 어댑터 및 하부 어댑터를 포함하여 이루어진 열전모듈용 온도측정 어댑터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 다면체는 육면체이며, 상기 열전모듈 수용부 및 상기 열전모듈 수용부가 형성된 면과 상기 상기 열전모듈 수용부가 형성된 면의 반대측 면을 제외한 모든 면에는 단열물질이 코팅된 것을 특징으로 하는 열전모듈용 온도측정 어댑터.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 온도센서는 열전대이며, 상기 단열물질은 테프론(teflon)인 것을 특징으로 하는 열전모듈용 온도측정 어댑터.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열매질은 에탄올 또는 메탄올인 것을 특징으로 하는 열전모듈용 온도측 정 어댑터.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 열전모듈 수용부에는 열전도성 그리스가 도포된 것을 특징으로 하는 열전모듈용 온도측정 어댑터.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 열전도성 그리스는 그리스에 알루미나를 첨가한 물질 또는 폴리머시트(polymer sheet)에 알루미나를 첨가한 물질인 것을 특징으로 하는 열전모듈용 온도측정 어댑터.
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