KR101380081B1 - 열전모듈 및 열전모듈의 제조방법 - Google Patents

열전모듈 및 열전모듈의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 열전모듈의 제조방법에서는, 복수의 양전극이, 분리부를 갖는 양전극 연결부에 의해 양전극 연결바에 연결된 복합 양전극과, 복수의 음전극이, 분리부를 갖는 음전극 연결부에 의해 음전극 연결바에 연결된 복합 음전극이 형성된다. 각 양전극의 제1 단측과 각 음전극의 제1 단측을 접합하여 복수의 열전소자가 형성된다. 이때, 서로 인접하는 2개의 열전소자 쌍의 각각에 있어서, 한쪽 열전소자의 각 양전극의 제2 단측에 다른 쪽 열전소자의 각 음전극의 제2 단측을 접합하여, 열전소자가 전기적으로 직렬로 접속된다. 다음으로, 양전극 연결부 및 음전극 연결부의 분리부를 각각 파단하고, 각 양전극 및 각 음전극을 양전극 연결바 및 음전극 연결바로부터 각각 분리하여, 열전모듈이 제조된다.

Description

열전모듈 및 열전모듈의 제조방법{Thermoelectric module, and thermoelectric module manufacturing method}
본 발명은 열전 발전 또는 전자 냉각에 있어서 사용되는 열전모듈과 그의 제조방법에 관한 것이다.
제베크효과(Seebeck effect)로 발전을 행하는 열전소자의 기전력(起電力)은, 통상 십수 mV 내지 수십 mV이다. 따라서 목적하는 전압을 얻기 위해서는, 다수의 열전소자를 전기적으로 직렬 접속하여 열전모듈을 구성하고, 이 열전모듈의 출력전압을 예를 들면 수 V 내지 10 V 정도로 한 다음, 추가적으로 인버터 등으로 승압할 필요가 있다.
또한 전자냉각을 행하는 열전모듈의 경우에는, 열전소자를 전기적으로 병렬 접속하여 저전압·대전류로 동작시키는 경우 보다도, 열전소자를 전기적으로 직렬 접속하여 비교적 높은 전압으로 동작시킨 경우가 동작전류를 적게 할 수 있다. 따라서, 후자의 경우가 전력 공급 라인 등에 있어서의 전력손실을 적게 할 수 있다.
물론, 열전모듈의 발전전력 증대나, 냉방능력 증대가 필요한 경우에는, 열전소자를 직렬 및 병렬 접속하면 된다. 결국 열전모듈의 경우는, 목적하는 능력을 얻기 위해 수백 내지 수천개의 열전소자를 직렬 접속할 필요가 있다.
그런데 열전소자는, 단일 또는 복수 종류의 금속분말을, 기계적 합금법(mechanical alloying method), 펄스 통전 소결법 등으로 소성하여 형성된 전극을 조립하여 구성된다. 이러한 열전소자는, 예를 들면 일본국 특허공개 제2002-344033호 공보, 일본국 특허공개 제2006-005120호 공보 및 일본국 특허공개 제2006-253343호 공보에 개시되어 있다. 특히, 예를 들면 상기 각 소성법으로 소성된 Fe2VAl 등이 전극에 사용된 열전소자는, 발전효율이 우수한 것이 알려져 있다.
그러나, 예를 들면 소성 전극으로 되는 열전소자를 직렬 접속한 열전모듈의 경우에는, 다수의 소성 전극을 개별적으로 접합해야만 한다. 이 때문에, 제조공수의 증대에 따른 제조비용의 상승 뿐 아니라, 전극파손의 확률이 높아져 수율이 저하되는 것에 따른 제조비용의 상승이 발생한다. 또한 열전소자를 형성하는 양·음전극을 잘못해서 바꿔 취하는 것을 방지하기 위한 비용도 무시할 수 없다.
본 발명은 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 제조비용을 저감하는 것이 가능한 열전모듈 및 그의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 열전모듈의 제조방법에서는, 복수의 양전극의 각각이, 분리부를 가지고 양전극마다 설치된 양전극 연결부에 의해 양전극 연결바에 연결되어, 양전극 연결바를 따라 배열된 복합 양전극을 형성하고, 복수의 음전극의 각각이, 분리부를 가지고 음전극마다 설치된 음전극 연결부에 의해 음전극 연결바에 연결되어, 음전극 연결바를 따라 배열된 복합 음전극을 형성한다.
다음으로, 접합공정에서 복합 양전극과 복합 음전극을 서로 접합함으로써, 각 양전극의 제1 단측(端側)과, 양전극의 각각에 대응하는 각 음전극의 제1 단측이 각각 서로 접합되어 복수의 열전소자가 형성된다. 이때, 서로 인접하는 2개의 열전소자 쌍의 각각에 있어서, 한쪽 열전소자의 양전극의 제2 단측에, 다른 쪽 열전소자의 음전극의 제2 단측이 접합되어 복수의 열전소자가 전기적으로 직렬로 접속된다.
접합공정의 종료 후, 각 열전소자에서는, 복수의 양전극의 각각이 양전극 연결바에 접속되는 동시에, 복수의 음전극의 각각이 음전극 연결바에 접속되어 있다. 이 상태에서 분리공정을 실행함으로써, 양전극 연결부의 각 분리부가 파단되어, 각 양전극이 양전극 연결바로부터 분리되는 동시에, 음전극 연결부의 분리부가 파단되어, 각 음전극이 음전극 연결바로부터 분리된다. 그 결과, 복수의 열전소자가 전기적으로 직렬로 접속된 열전모듈이 얻어진다.
즉, 접합공정 및 분리공정의 2개의 공정을 실행함으로써, 하나의 양전극에 하나의 음전극을 접합하여 열전소자를 형성하는 동시에, 형성된 복수의 열전소자를 전기적으로 직렬로 접속할 수 있는 것이다. 이러한 제조방법으로 제조되는 열전모듈은, 제조공정이 간소화되어, 제조비용이 저감된다. 또한, 제조공정의 간소화에 의해 전극파손에 따른 수율 저하를 회피할 수 있다. 또한, 제조공정에 있어서의 양·음전극을 잘못해서 바꿔 취하는 것을 방지할 수 있어, 결과적으로 양·음전극을 잘못해서 바꿔 취함으로써 발생하는 제조비용의 증대를 방지할 수 있다.
보다 구체적으로는, 본 발명의 열전모듈의 제조방법에 있어서, 복합 양전극 및 복합 음전극을 이하와 같이 형성해도 된다. 즉, 각 음전극 연결부는, 접합공정에 있어서 복합 음전극이 복합 양전극과 접합되었을 때에, 각 양전극 연결부에 각각 대응하여 위치하도록 복합 음전극에 설치되어도 된다. 또한, 각 양전극 연결부의 분리부와 각 음전극 연결부의 분리부는, 접합공정에 있어서 복합 음전극이 복합 양전극과 접합되었을 때에, 양전극 연결부와 음전극 연결부의 접합면을 사이에 두고, 서로 마주보듯이 각 양전극 연결부 및 각 음전극 연결부에 각각 설치되어도 된다. 이 경우, 접합공정에서는, 각 양전극 연결부의 분리부와 각 음전극 연결부의 분리부가, 양전극 연결부와 음전극 연결부의 접합면을 사이에 두고 서로 마주보듯이 위치하게 하면서, 복합 양전극을 복합 음전극에 접합할 수 있다. 따라서, 이 경우에는 양·음전극 연결부의 분리부를 파단할 때에, 양·음전극 연결부의 분리부에 응력을 집중시킬 수 있기 때문에, 양·음전극의 파단을 방지할 수 있다. 그 결과, 열전모듈의 제조공정에 있어서, 수율을 추가적으로 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 열전모듈의 제조방법에 있어서, 예를 들면, 양전극 연결바는 제1 양전극 연결바 및 제2 양전극 연결바로 되고, 음전극 연결바는 제1 음전극 연결바 및 제2 음전극 연결바로 되어 있어도 된다. 이 경우, 양전극 연결부는 각 양전극의 제1 단측을 제1 양전극 연결바에 연결하는 제1 양전극 연결부와, 각 양전극의 제2 단측을 제2 양전극 연결바에 연결하는 제2 양전극 연결부로 된다. 또한, 음전극 연결부는 각 음전극의 제1 단측을 제1 음전극 연결바에 연결하는 제1 음전극 연결부와, 각 음전극의 제2 단측을 제2 음전극 연결바에 연결하는 제2 음전극 연결부로 된다.
즉, 이 경우에는 양전극과 음전극이, 모두 제1 단측 및 제2 단측에서 각각의 연결바에 연결되어 서포트되어 있기 때문에, 양전극 및 음전극이 파손되기 어려워진다. 이 뿐 아니라, 제1 단측에 있어서의 양전극과 음전극의 접합, 및 제2 단측에 있어서의 양전극과 음전극의 접합이 용이해진다. 따라서, 이러한 제조방법으로 제조되는 열전모듈은, 양·음전극의 파손이 보다 효과적으로 회피되는 동시에, 양·음전극의 접합이 용이해지기 때문에, 추가적인 비용저감과 수율의 개선을 실현할 수 있다.
예를 들면, 복합 양전극 및 복합 음전극의 적어도 한쪽이 소성체로 형성되는 열전모듈에 대해 본 발명이 적용되는 경우에는, 전술한 바와 같이 제조공정이 매우 적기 때문에, 소성체로 되는 복합 양전극 및/또는 복합 음전극의 파손 가능성을 매우 낮게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태의 열전모듈의 제조방법, 및 열전모듈의 제조에 사용되는 복합 양전극 및 복합 음전극의 개략 구성을 설명하기 위한 사시도,
도 2는 본 발명의 제1 실시형태의 열전모듈의 제조방법에 있어서, 접합공정에 의해 서로 접합된 상태의 복합 양전극 및 복합 음전극의 개략 구성을 나타내는 평면도,
도 3은 본 발명의 제1 실시형태의 열전모듈의 제조방법에 있어서, 분리공정을 거쳐 제조된 열전모듈의 개략 구성을 나타내는 평면도,
도 4는 본 발명의 제2 실시형태의 열전모듈의 제조에 사용하는 복합 양전극의 개략 구성을 나타내는 사시도,
도 5는 본 발명의 제2 실시형태의 열전모듈의 제조에 사용하는 복합 음전극의 개략 구성을 나타내는 사시도,
도 6은 본 발명의 제2 실시형태의 열전모듈의 제조방법에 있어서, 접합공정에 의해 서로 접합된 상태의 복합 양전극 및 복합 음전극의 개략 구성을 나타내는 평면도,
도 7은 본 발명의 제2 실시형태의 열전모듈의 제조방법에 있어서, 분리공정을 거쳐 제조된 열전모듈의 개략 구성을 나타내는 평면도,
도 8은 본 발명의 제3 실시형태의 열전모듈의 제조에 사용하는 복합 양전극의 개략 구성을 나타내는 평면도,
도 9는 본 발명의 제3 실시형태의 열전모듈의 제조에 사용하는 복합 음전극의 개략 구성을 나타내는 평면도,
도 10은 본 발명의 제3 실시형태의 열전모듈의 제조방법에 있어서, 서로 접합된 상태의 복합 양전극의 양전극과 복합 음전극의 음전극을 나타내는 측면도, 및
도 11은 도 10 중의 X-X선에 따른 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태의 열전모듈 및 그의 제조방법에 대해서 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명의 제1 실시형태의 열전모듈 및 그의 제조방법을, 도 1 내지 도 3을 토대로 설명한다. 여기서 도 1은, 제1 실시형태의 열전모듈의 제조방법, 및 열전모듈의 제조에 사용되는 복합 양전극 및 복합 음전극의 개략 구성을 설명하기 위한 사시도이다. 도 2는, 서로 접합된 상태의 복합 양전극 및 복합 음전극의 개략 구성을 나타내는 평면도이며, 도 3은 열전모듈의 개략 구성을 나타내는 평면도이다.
도 1에 나타내어지는 바와 같이, 복합 양전극(10)은 양전극[11(1) 내지 11(n)]의 n개의 양전극을 갖는다. 이하에서는, 이들 양전극(11)의 각각이 양전극[11(i)]으로 표시되고, i는 1 내지 n의 숫자를 나타내는 것으로 한다. 따라서, 첨자(i)가 붙여진 각 부재는 양전극(11)에 대응하여 각각 n개 존재한다.
양전극[11(i)]은 그 일단측인 제1 단측[11(i)a]에 있어서, 분리부[12(i)]를 갖는 제1 양전극 연결부[13(i)]를 매개로 제1 양전극 연결바(14)에 연결되어 있다. 또한 양전극[11(i)]은 그 타단측인 제2 단측[11b(i)]에 있어서, 분리부[15(i)]를 갖는 제2 양전극 연결부[16(i)]를 매개로 제2 양전극 연결바(17)에 연결되어 있다. 각 양전극[11(i)]은 이러한 연결에 의해, 서로 평행한 제1 양전극 연결바(14)와 제2 양전극 연결바(17) 사이에 등간격으로 배치되어 있다. 또한, 양전극[11(i)], 제1 양전극 연결부[13(i)], 제1 양전극 연결바(14), 제2 양전극 연결부[16(i)] 및 제2 양전극 연결바(17)의 각 표면(도 1에 있어서 아래쪽 면)은, 모두 동일 평면 상에 위치되어 있다. 분리부[12(i)]는 양전극[11(i)]의 제1 단측[11(i)a]의 근방에 있어서, 제1 양전극 연결부[13(i)]의 이면(도 1에 있어서 위쪽 면)에 홈형상으로 형성되어 있다. 분리부[15(i)]도 양전극[11(i)]의 제2 단측[11(i)b]의 근방에 있어서 동일하게 형성되어 있다.
복합 음전극(20)은 음전극[21(1) 내지 (n)]의 n개의 음전극을 갖는다. 이하에서는, 양전극(11)의 경우와 동일하게, 이들 음전극(21)의 각각이 음전극[21(i)]으로 표시되고, 전술한 바와 같이 i는 1 내지 n의 숫자를 나타낸다. 따라서, 첨자(i)가 붙여진 각 부재는 음전극(21)에 대응하여 각각 n개 존재한다.
음전극[21(i)]은 그 일단측인 제1 단측[21(i)a]에 있어서, 분리부[22(i)]를 갖는 제1 음전극 연결부[23(i)]를 매개로 제1 음전극 연결바(24)에 연결되어 있다. 또한 음전극[21(i)]은 그 타단측인 제2 단측[21(i)b]에 있어서, 분리부[25(i)]를 갖는 제2 음전극 연결부[26(i)]를 매개로 제2 음전극 연결바(27)에 연결되어 있다. 각 음전극[21(i)]은, 이러한 연결에 의해, 서로 평행한 제1 음전극 연결바(24)와 제2 음전극 연결바(27) 사이에 등간격으로 배치되어 있다. 또한, 음전극[21(i)], 제1 음전극 연결부[23(i)], 제1 음전극 연결바(24), 제2 음전극 연결부[26(i)] 및 제2 음전극 연결바(27)의 각 표면(도 1에 있어서 위쪽 면)은, 모두 동일 평면 상에 위치되어 있다. 분리부[22(i)]는 음전극[21(i)]의 제1 단측[21(i)a]의 근방에 있어서, 제1 음전극 연결부[23(i)]의 이면(도 1에 있어서 아래쪽 면)에 홈형상으로 형성되어 있다. 분리부[25(i)]도, 음전극[21(i)]의 제2 단측[21(i)b]의 근방에 있어서 동일하게 형성되어 있다.
여기서 복합 양전극(10)은 Fe2V0 .9Ti0 .1Al 등의 금속분말을, 기계적 합금법(mechanical alloying method), 또는 펄스 통전 소결법 등으로 소성함으로써 형성된 전극으로서, 단일 또는 복수의 금속분말로 되는 소성 전극이다. 또한, 복합 음전극(20)은, 동일하게 하여 Fe2VAl0 .9Si0 .1 등의 금속분말을 소성하여 형성된 전극으로, 단일 또는 복수의 금속분말로 되는 소성 전극이다.
접합공정에서는, 복합 양전극(10)이 도 1 중의 화살표 A와 같이 이동되어, 복합 양전극(10)의 표면과 복합 음전극(20)의 표면이 서로 접합된다. 접합은, 예를 들면 구리(Cu), 니켈(Ni) 등을 접합재로 하여, 확산 접합법, 페이스트 접합법 등으로 행해진다.
이 접합에 의해, 도 2에 나타내어지는 바와 같이, 양전극[11(i-1)]의 제1 단측[11(i-1)a]이 음전극[21(i-1)]의 제1 단측[21(i-1)a]과 접합되고, 음전극[21(i-1)]의 제2 단측[21(i-1)b]이 양전극[11(i)]의 제2 단측[11(i)b]과 접합된다. 또한, 양전극[11(i)]의 제1 단측[11(1)a]이 음전극[21(i)]의 제1 단측[21(i)a]과 접합되고, 음전극[21(i)]의 제2 단측[21(i)b]이 양전극[11(i+1)]의 제2 단측[11(i+1)b]과 접합된다.
그 결과, 양전극[11(i)]과, 이에 대응하는 음전극[21(i)]의 접속에 의해, 열전소자[31(i)]가 형성된다. 따라서, 동일하게 하여 n개의 양전극(11)과 음전극(21)이 접속됨으로써, n개의 열전소자(31)가 형성된다.
이때, 인접하는 2개의 열전소자[31(i)] 및 열전소자[31(i-1)]에 있어서, 한쪽 열전소자[31(i)]의 양전극[11(i)]의 제2 단측[11(i)b]이, 다른 쪽 열전소자[31(i-1)]의 음전극[21(i-1)]의 제2 단측[21(i-1)b]과 접합된다. 또한, 인접하는 2개의 열전소자[31(i+1)] 및 열전소자[31(i)]에 있어서, 한쪽 열전소자[31(i+1)]의 양전극[11(i+1)]의 제2 단측[11(i+1)b]이, 다른 쪽 열전소자[31(i)]의 음전극[21(i)]의 제2 단측[21(i)b]과 접합된다. 그 결과, n개의 열전소자(31)는 직렬로 접속된 상태가 된다.
또한, 전술한 바와 같이, i는 1 내지 n의 숫자를 나타내나, i=1인 경우에 첨자(i-1)가 붙여진 부재, 및 i=n인 경우에 첨자(i+1)가 붙여진 부재는 모두 존재하지 않는다. 즉, 직렬로 접속된 n개의 열전소자[31(1) 내지 31(n)] 중, 일단측의 열전소자[31(1)]에 대해서는, 양전극[11(1)]의 제2 단측[11(1)b]에 음전극(21)은 접합되지 않고, 타단측의 열전소자[31(n)]에 대해서는, 음전극[21(n)]의 제2 단측[21(n)b]에 양전극(11)은 접합되지 않는다.
이 접합에 있어서, 제1 양전극 연결바(14)와 제1 음전극 연결바(24)가 접합된다. 이때, 분리부[12(i)]와 분리부[22(i)]가 서로 등을 맞대듯이 위치되고, 제1 양전극 연결부[13(i)]와 제2 음전극 연결부[23(i)]가 접합된다. 또한, 제2 양전극 연결바(17)와 제2 음전극 연결바(27)가 접합된다. 이때 마찬가지로, 분리부[15(i)]와 분리부[25(i)]가 서로 등을 맞대듯이 위치되고, 제2 양전극 연결부[16(i)]와 제2 음전극 연결부[26(i)]가 접합된다.
이상과 같은 접합공정 후, 분리공정이 실행된다. 이 분리공정에서는, 양전극[11(1) 내지 (n)]과 음전극[21(1) 내지 (n)]이, n개의 열전소자의 배열방향을 따라, 지그(도시하지 않음)로 협지(狹持)된다. 그리고, 제1 양전극 연결부[13(1) 내지 (n)]의 각 분리부와, 제1 음전극 연결부[23(1) 내지 (n)]의 각 분리부에 절곡(折曲)응력이 집중되도록, 제1 양전극 연결바(14) 및 제1 음전극 연결바(24)가 절곡되고, 각각의 연결부에 있어서 각 분리부가 파단된다. 이때 절곡응력은 각 분리부에 집중하는 한편, 각 양·음전극에는 작용하지 않기 때문에, 분리공정에 있어서 각 양·음전극이 파손되는 경우는 없다. 이렇게 하여 제1 양전극 연결바(14) 및 제1 음전극 연결바(24)가, 양전극[11(1) 내지 (n)] 및 음전극[21(1) 내지 (n)]으로부터 분리된다. 마찬가지로, 제2 양전극 연결바(17) 및 제2 음전극 연결바(27)를 절곡함으로써, 제2 양전극 연결바(17) 및 제2 음전극 연결바(27)를 각 양·음전극으로부터 분리한다.
도 3은, 전술한 접합공정 및 분리공정을 거쳐 제조된 열전모듈(30)의 개략 구성을 나타내는 평면도이다. 열전모듈(30)은 접속공정에 있어서, 전술한 바와 같이 하여 n개의 열전소자[31(1)] 내지 31(n)]가 직렬로 접속된 것이다. 전술한 바와 같이, 직렬로 접속된 n개의 열전소자[31(1) 내지 31(n)] 중, 일단측의 열전소자[31(1)]에 대해서는, 양전극[11(1)]의 제2 단측[11(1)b]에 음전극(21)은 접합되어 있지 않다. 따라서, 분리공정 후, 양전극[11(1)]의 제2 단측[11(1)b]은 전기적으로 모두 개방된 상태가 된다. 마찬가지로, 직렬로 접속된 n개의 열전소자[31(1) 내지 31(n)] 중, 타단측의 열전소자[31(n)]에 대해서는, 음전극[21(n)]의 제2 단측[21(n)b]에 양전극(11)은 접합되어 있지 않다. 따라서, 분리공정 후, 음전극[21(n)]의 제2 단측[21(n)b]은 전기적으로 개방된 상태가 된다.
이렇게 하여 제조된 열전모듈(30)은, 분리공정 후, 양전극[11(1)]과 음전극[21(n)]에, 외부기기와의 접속을 위한 전극 등을 취부(取付)하고, 추가적으로 수지 등으로 몰드함으로써, 열전 발전 디바이스 또는 전자 냉각 디바이스로 할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시형태의 열전모듈 및 그의 제조방법을, 도 4 내지 도 7을 토대로 설명한다. 여기에서 도 4 및 도 5는, 제2 실시형태의 열전모듈의 제조에 사용하는 복합 양전극 및 복합 음전극의 개략 구성을 각각 나타내는 사시도이다. 도 6은, 서로 접합된 상태의 복합 양전극 및 복합 음전극의 개략 구성을 나타내는 평면도이고, 도 7은 열전모듈의 개략 구성을 나타내는 평면도이다. 또한, 전술한 제1 실시형태의 구성요소와 동일한 기능을 갖는 구성요소에는, 동일한 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.
제2 실시형태에 있어서, 복합 양전극(10')은, 제1 실시형태에 있어서의 제2 양전극 연결부[16(1) 내지 (n)] 및 제2 양전극 연결바(17)를 가지고 있지 않은 점에서, 제1 실시형태에 있어서의 복합 양전극(10)과 상위하다. 또한 복합 음전극(20')은, 제1 실시형태에 있어서의 제2 양전극 연결부[26(1) 내지 (n)] 및 제2 양전극 연결바(27)를 가지고 있지 않은 점에서, 제1 실시형태에 있어서의 복합 음전극(20)과 상위하다.
접합공정에서는, 이러한 복합 양전극(10') 및 복합 음전극(20')이 제1 실시형태와 동일하게 하여 서로 접합된다. 이때 양전극[11(i)] 및 음전극[21(i)]은, 제1 실시형태와 동일하게 접합되어, 열전소자[31(i)]를 형성한다. 또한, 제1 실시형태와 동일하게, i는 1 내지 n의 숫자를 나타낸다. 따라서, n개의 양전극(11)과 음전극(21)이 동일하게 접속됨으로써, n개의 열전소자(31)가 형성된다. 또한, 도 6에 나타내어지는 바와 같이, 양전극[11(i)] 및 음전극[21(i)]은, 서로 접합된 제1 양전극 연결바(14) 및 제1 음전극 연결바(24)에, 각각 제1 양전극 연결부[13(i)]와 제1 음전극 연결부[23(i)]를 매개로 연결된다. 이러한 연결에 의해, n개의 열전소자(31)는, 서로 접합된 제1 양전극 연결바(14) 및 제1 음전극 연결바(24)를 따라 등간격으로 배치된다. 양전극[11(1) 내지 (n)]과, 음전극[21(1) 내지 (n)]의 접속은, 전술한 제1 실시형태와 동일하게 하여 행해지고, n개의 열전소자(31)는 제1 실시형태와 동일하게 직렬로 접속된다.
이상과 같은 접합공정 후, 분리공정이 실행된다. 분리공정에서는, 제1 양전극 연결바(14) 및 제1 음전극 연결바(24)가, 제1 실시형태와 동일하게, 양전극[11(1) 내지 (n)] 및 음전극[21(1) 내지 (n)]으로부터 분리되어, 도 7에 나타내어지는 바와 같은 열전모듈(30')이 제조된다.
이렇게 하여 얻어진 열전모듈(30')에서는, 제1 실시형태와 동일하게, 직렬로 접속된 n개의 열전소자[31(1) 내지 31(n)] 중, 일단측의 열전소자[31(1)]에 대해서는, 양전극[11(1)]의 제2 단측[11(1)b]이 전기적으로 개방된 상태가 된다. 마찬가지로, 직렬로 접속된 n개의 열전소자[31(1) 내지 31(n)] 중, 타단측의 열전소자[31(n)]에 대해서는, 음전극[21(n)]의 제2 단측[21(n)b]이 전기적으로 개방된 상태가 된다.
열전모듈(30')은 제1 실시형태와 동일하게, 양전극[11(1)]과 음전극[21(n)]에, 외부기기와의 접속을 위한 전극 등을 취부하고, 추가적으로 수지 등으로 몰드함으로써, 열전 발전 디바이스 또는 전자 냉각 디바이스로 할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제3 실시형태의 열전모듈 및 그의 제조방법을, 도 8 내지 도 11을 토대로 설명한다. 여기서 도 8 및 도 9는, 제3 실시형태의 열전모듈의 제조에 사용하는 복합 양전극 및 복합 음전극의 개략 구성을 각각 나타내는 평면도이다. 또한, 도 10은, 서로 접합된 상태의 복합 양전극의 양전극과 복합 음전극의 음전극을 나타내는 측면도이고, 도 11은 도 10 중의 X-X선에 따른 단면도이다.
도 8에는, 복합 양전극(40)의 이면측이 나타내어져 있다. 제3 실시형태에 있어서 복합 양전극(40)은, 제1 실시형태에 있어서의 복합 양전극(10)에 상당한다. 제1 실시형태와 동일하게 i가 1 내지 n의 숫자를 나타낸다고 하면, 제3 실시형태에 있어서의 양전극[41(i)]은, 제1 실시형태에 있어서의 양전극[11(i)]에 상당하고, 분리부[42(i)]는 제1 양전극 연결부[13(i)]의 분리부[12(i)]에 상당한다. 마찬가지로, 양전극 연결부[43(i)]는, 제1 실시형태에 있어서의 제1 양전극 연결부[13(i)]에 상당하고, 양전극 연결바(44)는 제1 양전극 연결바(14)에 상당한다. 또한, 양전극[41(i)]의 일단측인 제1 단측[41(i)a]은, 제1 실시형태에 있어서의 양전극[11(i)]의 제1 단측[11(i)a]에 상당하고, 양전극[41(i)]의 타단측인 제2 단측[41(i)b]은, 제1 실시형태에 있어서의 양전극[11(i)]의 제2 단측[11(i)b]에 상당한다.
또한, 양전극[41(n)]의 제2 단측[41(n)b]은, 열전모듈의 양전극측 출력단자부로 되어 있어, 예를 들면 전선 등을 접속할 수 있도록 되어 있다. 또한, 양전극 연결부[43(i)], 양전극 연결바(44), 양전극[41(i)]의 제1 단측[41(i)a], 및 양전극[41(i)]의 제2 단측[41(i)b]의 표면은, 모두 동일 평면 상에 위치되어 있다. 한편, 양전극[41(i)]의 제1 단측[41(i)a]과 제2 단측[41(i)b] 사이는, 도 11에 나타내어지는 바와 같이, 상기 동일 평면에 대해 오목부를 형성하고 있다. 또한 복합 양전극(40)은, 제1 실시형태에 있어서의 제2 양전극 연결부[16(i)]와 그의 분리부[15(i)], 및 제2 양전극 연결바(17)에 상당하는 구성요소를 갖지 않는다.
도 9에는, 복합 음전극(50)의 표면측이 나타내어져 있다. 제3 실시형태에 있어서 복합 음전극(50)은, 제1 실시형태에 있어서의 복합 음전극(20)에 상당한다. 전술한 바와 같이 i가 1 내지 n의 숫자를 나타낸다고 하면, 제3 실시형태에 있어서의 음전극[51(i)]은, 제1 실시형태에 있어서의 음전극[21(i)]에 상당하고, 분리부[52(i)]는 제1 음전극 연결부[23(i)]의 분리부[22(i)]에 상당한다. 마찬가지로, 음전극 연결부[53(i)]는, 제1 실시형태에 있어서의 제1 음전극 연결부[23(i)]에 상당하고, 음전극 연결바(54)는 제1 음전극 연결바(24)에 상당한다. 또한, 음전극[51(i)]의 일단측인 제1 단측[51(i)a]은, 제1 실시형태에 있어서의 음전극[21(i)]의 제1 단측[21(i)a]에 상당하고, 음전극[51(i)]의 타단측인 제2 단측[51(i)b]은, 제1 실시형태에 있어서의 음전극[21(i)]의 제2 단측[21(i)b]에 상당한다.
또한, 음전극[51(1)]의 제2 단측[51(1)b]은, 열전모듈의 음전극측 출력단자부로 되어 있어, 예를 들면 전선 등을 접속할 수 있도록 되어 있다. 또한, 음전극 연결부[53(i)], 음전극 연결바(54), 음전극[51(i)]의 제1 단측[51(i)a], 및 음전극[51(i)]의 제2 단측[51(i)b]의 표면은, 모두 동일 평면 상에 위치되어 있다. 한편, 음전극[51(i)]의 제1 단측[51(i)a]과 제2 단측[51(i)b] 사이는, 도 11에 나타내어지는 바와 같이, 상기 동일 평면에 대해 오목부를 형성하고 있다. 또한, 복합 음전극(50)은, 제1 실시형태에 있어서의 제2 음전극 연결부[26(i)]와 그의 분리부[25(i)], 및 제2 양전극 연결바(27)에 상당하는 구성요소를 갖지 않는다.
접합공정에서는, 이러한 복합 양전극(40) 및 복합 음전극(50)이 제2 실시형태와 동일하게 하여 접합된다. 도 10은 접합 후의 양전극[41(i)] 및 음전극[51(i)]을, 양전극[41(i)]의 제2 단측[41(i)b] 측에서 본 측면도이다. 양전극[41(i)] 및 음전극[51(i)]은, 도 10에 나타내어지는 바와 같이, 양전극[41(i)]의 제1 단측[41(i)a]과 음전극[51(i)]의 제1 단측[51(i)a]이 접합됨으로써, 열전소자[61(i)]를 형성한다. 전술한 바와 같이 i는 1 내지 n의 숫자를 나타내고, n개의 양전극(41) 및 음전극(51)이 동일하게 접속됨으로써, n개의 열전소자(61)가 형성된다. 또한, 접합 후의 양전극[41(i)] 및 음전극[51(i)]은, 접합된 양전극 연결바(44) 및 음전극 연결바(54)에, 각각 양전극 연결부[43(i)]와 음전극 연결부[53(i)]를 매개로 연결된다. 이러한 연결에 의해, n개의 열전소자(61)는, 서로 접합된 양전극 연결바(44) 및 음전극 연결바(54)를 따라 등간격으로 배치된다.
여기서, 양전극[41(i)]의 제1 단측[41(i)a]과 제2 단측[41(i)b] 사이, 및 음전극[51(i)]의 제1 단측[51(i)a]과 제2 단측[51(i)b] 사이는, 상기 동일 평면에 대해 오목부를 형성하고 있다. 따라서, 도 10에 나타내어지는 바와 같이, 음전극[51(i)]의 제2 단측[51(i)b]은 양전극[41(i-1)]의 제2 단측[41(i-1)b]과 접합되고, 양전극[41(i)]의 제2 단측[41(i)b]은 음전극[51(i+1)]의 제2 단측[51(i+1)b]과 접합된다. 즉, 서로 이웃하는 2개의 열전소자의 각각의 쌍에 있어서, 한쪽 열전소자의 양전극[41(i-1)]의 제2 단측[41(i-1)b]이, 다른 쪽 열전소자의 음전극[51(i)]의 제2 단측[51(i)b]과 접합된다. 또한, 한쪽 열전소자의 양전극[41(i)]의 제2 단측[41(i)b]이, 다른 쪽 열전소자의 음전극[51(i+1)]의 제2 단측[51(i+1)b]과 접합된다.
그 결과, n개의 열전소자(61)는 직렬로 접속된다. 또한, 제3 실시형태에 있어서도, i=1인 경우에 첨자(i-1)가 붙여진 부재가 존재하지 않으나, 전술한 바와 같이, 음전극[51(1)]의 제2 단측[51(1)b]은, 열전모듈의 음전극측 출력단자부로 되어 있어, 예를 들면 전선 등을 접속할 수 있게 되어 있다. 또한, i=n인 경우에 첨자(i+1)가 붙여진 부재는 존재하지 않으나, 전술한 바와 같이, 양전극[41(n)]의 제2 단측[41(n)b]은, 열전모듈의 양전극측 출력단자부로 되어 있어, 예를 들면 전선 등을 접속할 수 있게 되어 있다.
이상과 같은 접합공정 후, 분리공정이 실행된다. 분리공정에서는, 양전극 연결바(44) 및 음전극 연결바(54)가, 제2 실시형태와 동일하게, 양전극[41(1) 내지 (n)] 및 음전극[51(1) 내지 (n)]으로부터 분리되어, 열전모듈이 제조된다.
이렇게 하여 제조된 열전모듈은, 제1 및 제2 실시형태와 동일하게, 양전극측 출력단자부 및 음전극측 출력단자부에, 외부기기와의 접속을 위한 전극 등을 취부하고, 추가적으로 수지 등으로 몰드함으로써, 열전 발전 디바이스 또는 전자 냉각 디바이스로 할 수 있다.
제3 실시형태의 변형예로서, 복합 양전극(40)에, 제1 실시형태에 있어서의 제2 양전극 연결부[16(i)]와 그의 분리부[15(i)], 및 제2 양전극 연결바(17)에 상당하는 구성요소를 부가하는 동시에, 복합 음전극(50)에, 제2 음전극 연결부[26(i)]와 그의 분리부[25(i)], 및 제2 음전극 연결바(27)에 상당하는 구성요소를 부가하도록 해도 된다. 이러한 구성이 설치되는 경우에는, 제1 실시형태와 동일하게 하여, 각 양·음전극을 각 양·음전극 연결바로부터 분리하면 된다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 다수의 양·음전극을 한 공정에서 접합한 후, 양·음전극 연결바를 분리하는 것만으로 열전모듈을 제조할 수 있다. 따라서, 제조공정의 간소화와 비용 저감을 실현할 수 있는 동시에, 전극의 파손을 방지하여 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 열전모듈의 제조공정에 있어서, 양·음전극을 잘못해서 바꿔 취하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 제조방법에 의해, 단체(單體)의 기전력이 통상 십수 mV 내지 수십 mV인 열전소자를 다수 직렬 접속하여 열전모듈을 제조함으로써, 열전모듈의 출력전압을 예를 들면 수 V 내지 10 V 정도로 할 수 있다. 또한, 전자냉각을 행하는 열전모듈의 경우, 이와 같이 다수의 열전소자를 직렬 접속하여 비교적 높은 전압으로 동작시킴으로써, 전력 공급 라인 등에 있어서의 전력손실을 적게 할 수 있다.
또한 본 발명은, 상기 각 실시예에 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변형하여 실시할 수 있는 것은 물론이다. 예를 들면, 양·음전극 연결바를 L자형상 또는 직사각형상으로 해도 된다. 이 경우, 직사각형상의 각 코너부 등에 있어서, 양·음전극 연결바에 비연속점을 설치해 두면, 양·음전극을 양·음전극 연결바로부터 용이하게 분리할 수 있다. 또한, 양·음전극 연결바가 원형이더라도, 적절히 양·음전극 연결바에 비연속점을 설치하면, 양·음전극을 양·음전극 연결바로부터 용이하게 분리할 수 있다.

Claims (7)

  1. 양전극에 음전극을 접합하여 형성되는 복수의 열전소자를, 전기적으로 직렬로 접속하여 구성되는 열전모듈의 제조방법으로서,
    복수의 상기 양전극의 각각이, 분리부를 가지고 상기 양전극마다 설치된 양전극 연결부에 의해 양전극 연결바에 연결되어, 상기 양전극 연결바를 따라 배열된 복합 양전극을 형성하고,
    복수의 상기 음전극의 각각이, 분리부를 가지고 상기 음전극마다 설치된 음전극 연결부에 의해 음전극 연결바에 연결되어, 상기 복합 양전극에 있어서의 상기 양전극의 배열에 대응하여, 상기 음전극 연결바를 따라 배열된 복합 음전극을 형성하며,
    상기 복합 양전극과 상기 복합 음전극을 서로 접합함으로써, 상기 각 양전극의 제1 단측과, 상기 양전극의 각각에 대응하는 상기 각 음전극의 제1 단측을 각각 서로 접합하여 상기 복수의 열전소자를 형성하는 동시에, 서로 인접하는 2개의 열전소자 쌍의 각각에 있어서, 한쪽의 상기 열전소자의 상기 양전극의 제2 단측에, 다른 쪽의 상기 열전소자의 상기 음전극의 제2 단측을 접합하여 상기 복수의 열전소자를 전기적으로 직렬로 접속하는 접합공정을 실행하고,
    상기 양전극 연결부의 상기 각 분리부를 파단하여, 상기 각 양전극을 상기 양전극 연결바로부터 분리하는 동시에, 상기 음전극 연결부의 상기 각 분리부를 파단하여, 상기 각 음전극을 상기 음전극 연결바로부터 분리하는 분리공정을 실행하는 것
    을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각 음전극 연결부는, 상기 접합공정에 있어서 상기 복합 음전극이 상기 복합 양전극과 접합되었을 때에, 상기 각 양전극 연결부에 각각 대응하여 위치하도록 상기 복합 음전극에 설치되고,
    상기 각 양전극 연결부의 상기 분리부와 상기 각 음전극 연결부의 상기 분리부는, 상기 접합공정에 있어서 상기 복합 음전극이 상기 복합 양전극과 접합되었을 때에, 상기 양전극 연결부와 상기 음전극 연결부의 접합면을 사이에 두고, 서로 마주보듯이 상기 각 양전극 연결부 및 상기 각 음전극 연결부에 각각 설치되며,
    상기 접합공정에서는, 상기 각 양전극 연결부의 상기 분리부와 상기 각 음전극 연결부의 상기 분리부가, 상기 양전극 연결부와 상기 음전극 연결부의 접합면을 사이에 두고 서로 마주보듯이 위치되어, 상기 복합 양전극이 상기 복합 음전극에 접합되는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양전극 연결바는, 제1 양전극 연결바 및 제2 양전극 연결바로 되고,
    상기 양전극 연결부는, 상기 각 양전극의 상기 제1 단측을 상기 제1 양전극 연결바에 연결하는 제1 양전극 연결부와, 상기 각 양전극의 상기 제2 단측을 상기 제2 양전극 연결바에 연결하는 제2 양전극 연결부로 되며,
    상기 음전극 연결바는, 제1 음전극 연결바 및 제2 음전극 연결바로 되고,
    상기 음전극 연결부는, 상기 각 음전극의 상기 제1 단측을 상기 제1 음전극 연결바에 연결하는 제1 음전극 연결부와, 상기 각 음전극의 상기 제2 단측을 상기 제2 음전극 연결바에 연결하는 제2 음전극 연결부로 되는
    것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복합 양전극 및 상기 복합 음전극의 적어도 한쪽이 소성체에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 열전모듈의 제조방법.
  5. 양전극에 음전극을 접합하여 형성되는 복수의 열전소자를, 전기적으로 직렬로 접속하여 구성되는 열전모듈에 있어서,
    복수의 상기 양전극의 각각은, 상기 열전소자를 형성하기 전의 상태에 있어서, 분리부를 가지고 상기 양전극마다 설치된 양전극 연결부에 의해 양전극 연결바에 연결되어 복합 양전극을 구성하고,
    복수의 상기 음전극의 각각은, 상기 열전소자를 형성하기 전의 상태에 있어서, 분리부를 가지고 상기 음전극마다 설치된 음전극 연결부에 의해 음전극 연결바에 연결되어 복합 양전극을 구성하며,
    상기 열전소자의 각각은, 상기 복합 양전극과 상기 복합 음전극을 서로 접합함으로써, 상기 각 양전극의 제1 단측과, 상기 각 양전극에 대응하는 상기 각 음전극의 제1 단측을 각각 서로 접합하여 형성되고,
    상기 열전모듈은, 상기 복합 양전극과 상기 복합 음전극을 서로 접합할 때에, 서로 인접하는 상기 열전소자 쌍의 각각에 있어서, 한쪽의 상기 열전소자의 상기 양전극의 제2 단측에, 다른 쪽의 상기 열전소자의 상기 음전극의 제2 단측을 접합하여 상기 복수의 열전소자를 전기적으로 직렬로 접속하고, 또한 상기 양전극 연결부의 상기 각 분리부를 파단하여, 상기 각 양전극을 상기 양전극 연결바로부터 분리하는 동시에, 음전극 연결부의 상기 각 분리부를 파단하여, 상기 각 음전극을 상기 음전극 연결바로부터 분리하여 제조되는
    것을 특징으로 하는 열전모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 양전극 연결바는, 제1 양전극 연결바 및 제2 양전극 연결바로 되고,
    상기 양전극 연결부는, 상기 각 양전극의 상기 제1 단측을 상기 제1 양전극 연결바에 연결하는 제1 양전극 연결부와, 상기 각 양전극의 상기 제2 단측을 상기 제2 양전극 연결바에 연결하는 제2 양전극 연결부로 되며,
    상기 음전극 연결바는, 제1 음전극 연결바 및 제2 음전극 연결바로 되고,
    상기 음전극 연결부는, 상기 각 음전극의 상기 제1 단측을 상기 제1 음전극 연결바에 연결하는 제1 음전극 연결부와, 상기 각 음전극의 상기 제2 단측을 상기 제2 음전극 연결바에 연결하는 제2 음전극 연결부로 되는
    것을 특징으로 하는 열전모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 복합 양전극 및 상기 복합 음전극의 적어도 한쪽이 소성체로 되는 것을 특징으로 하는 열전모듈.
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