KR102055687B1 - 유연 열전소자의 통합성능 평가 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일측과 타측의 온도차에 의해 기전력을 발생시키는 열전소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 성능 평가를 위해 유연한 열전소자에 접촉되는 히터 또는 히트싱크의 접촉 하중이 일정하게 유지되도록 하여 열전소자와 히터의 계면 또는 열전소자와 히트싱크의 계면에서 발생될 수 있는 열저항을 최소화함에 따라 정밀한 성능 평가가 가능한 유연 열전소자의 통합성능 평가 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

유연 열전소자의 통합성능 평가 장치 및 방법{Power Generation and Cooling Performance Evaluation System for Flexible Thermoelectric Device and Method of the Same}
본 발명은 일측과 타측의 온도차에 의해 기전력을 발생시키는 열전소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 성능 평가를 위해 유연한 열전소자에 접촉되는 히터 또는 히트싱크의 접촉 하중이 일정하게 유지되도록 하여 열전소자와 히터의 계면 또는 열전소자와 히트싱크의 계면에서 발생될 수 있는 열저항을 최소화함에 따라 정밀한 성능 평가가 가능한 유연 열전소자의 통합성능 평가 장치 및 방법에 관한 것이다.
열전재료는 지벡 효과와 펠티에 효과에 의해 열에너지와 전기 에너지간의 직접변환이 가능한 재료로서 전자냉각과 열전발전에 다양하게 응용되고 있다. 열전재료를 이용한 전자냉각 모듈과 열전발전 모듈은 n형 열전 레그(leg)들과 p형 열전 레그들이 전기적으로는 직렬 연결되어 있으며 열적으로는 병렬 연결된 구조를 갖는다. 열전모듈을 전자냉각용으로 사용하는 경우에는 모듈에 직류전류를 인가함으로써 n형과 p형 열전소자에서 각기 정공과 전자의 이동에 의해 열이 냉각기판에서 가열기판으로 펌핑되어 냉각기판 부위가 냉각된다. 이에 반해 열전발전의 경우에는 모듈의 고온단과 저온단 사이의 온도차에 의해 고온단에서 저온단 부위로 열이 이동 시 p형과 n형 열전소자에서 각기 정공과 전자들이 고온단에서 저온단으로 이동함으로써 지벡 효과에 의해 기전력이 발생하게 된다.
도 1에는 통상의 수직형 열전소자(10)의 개략단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 열전소자(10)는 제1 기판(1), 제2 기판(2), 제1 열전레그(3), 제2 열전레그(4) 및 전극(5)을 포함하여 이루어진다. 제1 기판(1)은 판상으로 열원(미도시)에 부착되며, 제2 기판(2)은 판상으로 제1 기판(1)의 상측에 일정거리 이격 배치된다. 제1 기판(1)과 제2 기판(2) 사이에는, P형 열전 레그(3)와 N형 열전 레그(4)가 상하 길이방향을 따라 형성되고, 복수 개가 이격 배치된다. P형 및 N형 열전 레그(3, 4)는 제1 기판(1)과 제2 기판(2)의 온도 차에 따라 전기를 발생하거나, 전류를 통해 제1 기판(1) 또는 제2 기판(2)을 발열시키기 위한 P형 반도체와 N형 반도체가 교번 배치된다. 전극(5)은 P형 및 N형 열전레그(3, 4)가 서로 교번되어 직렬로 연결되도록 P형 및 N형 열전레그(3, 4)를 전기적으로 연결한다.
상기와 같은 구성에 의해 대기보다 높은 온도를 갖는 열원에 열전소자(10)를 부착하면, 열원에 맞닿는 제1 기판(1)과, 대기에 노출된 제2 기판(2)의 온도차에 의해 P형 및 N형 열전레그(3, 4)가 발전하며, 전극(5)을 통해 발전된 전기를 전달하게 된다.
위와 같은 통상의 열전소자는, 냉각 성능 평가 시 열전소자에 전류를 인가하여 일측과 타측의 온도차를 측정하거나, 발전 성능 평가 시 열전소자의 일측에 열을 가하고 타측을 냉각하여 이때 발생되는 전류량을 측정하게 된다.
한편, 유연 열전소자의 경우 두께가 얇고, 굽힘이 가능하여 공간이 협소한 곳이나, 굴곡진 부위에 부착이 가능함에 따라 다양한 분야에서 적용이 활발히 진행되고 있다. 유연 열전소자의 경우 히터나 히트 싱크를 부착하여 성능 평가 시 열전소자와 히터 또는 열전소자와 히트싱크의 계면 접촉하중이 일정하지 않기 때문에 계면의 열저항이 일정하지 않아 성능 평가 시 오차 발생의 가능성이 존재한다. 접촉 하중이 강한 경우 열저항이 줄어들어 성능이 상대적으로 높게 평가되고, 접촉 하중이 약한 경우 열저항이 늘어나 성능이 상대적으로 낮게 평가된다.
특히 유연 열전소자의 경우 곡률이 클수록 저항이 증가하기 때문에 유연 열전소자의 곡률에 따른 성능 평가가 중요한 지표로 사용되고 있으나, 곡률이 큰 지점의 계면과 곡률이 작은 지점의 접촉하중에 차이가 있어 성능 평가 시 오차가 커지는 문자가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 유연 열전소자에 히터 및 히트 싱크를 부착한 상태에서 열전소자의 일측과 타측에 배치된 한 쌍의 하중블록을 이용하여 유연소자에 접촉 하중을 부가하도록 하여 열전소자와 히터의 계면 및 열전소자와 히트싱크의 계면에 일정한 접촉하중이 부여되도록 한 유연 열전소자의 통합성능 평가 장치 및 방법을 제공함에 있다.
또한, 유연 열전소자의 일측에 배치된 하중블록에는 오목한 곡률 반경을 적용하고, 유연 열전소자의 타측에 배치된 하중블록에는 볼록한 곡률 반경을 적용하여, 하중블록을 이용해 유연 열전소자에 접촉 하중은 물론 굽힘 하중이 부여되도록 한 유연 열전소자의 통합성능 평가 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일실시 예에 따른 유연 열전소자의 통합성능 평가 장치는, 유연 열전소자; 상기 유연 열전소자를 가열하도록 유연 열전소자의 일면에 구비되는 히터부; 상기 유연 열전소자를 냉각하도록 유연 열전소자의 타면에 구비되는 히트싱크부; 및 상기 히터부의 일측에 구비되어 상기 유연 열전소자의 일면과 히터부의 계면에 접촉 하중을 부여하는 제1 블록과, 상기 히트싱크부의 타측에 구비되어 상기 유연 열전소자의 타면과 히트싱크부의 계면에 접촉 하중을 부여하는 제2 블록으로 구성된 하중블록을 포함한다.
또한, 상기 히터부는, 상기 유연 열전소자의 일면에 접촉되는 가열판과, 상기 가열판의 길이 방향 양측 중 어느 한 측에 구비되는 히터를 포함하며, 상기 히트싱크부는, 상기 유연 열전소자의 타면에 접촉되는 냉각판과, 상기 냉각판의 길이 방향 양측 중 어느 한 측에 구비되는 히트싱크를 포함한다.
또한, 상기 히터 및 히트싱크는, 상기 하중 블록의 가압면 외측에 배치된다.
본 발명의 일실시 예에 따른 유연 열전소자의 통합성능 평가 장치는, 유연 열전소자; 상기 유연 열전소자의 일면에 구비되는 가열판; 상기 유연 열전소자의 타면에 구비되는 냉각판; 상기 유연 열전소자의 일면은 가열하고 타면은 냉각하도록 상기 가열판과 냉각판 사이에 구비되어 전류 인가에 의해 상기 가열판과 냉각판에 온도차를 부여하는 평가용 열전소자; 및 상기 가열판의 일측에 구비되어 상기 유연 열전소자의 일면과 가열판의 계면에 접촉 하중을 부여하는 제1 블록과, 상기 냉각판의 타측에 구비되어 상기 유연 열전소자의 타면과 냉각판의 계면에 접촉 하중을 부여하는 제2 블록으로 구성된 하중블록을 포함한다.
또한, 상기 가열판과 냉각판은, 길이방향 일측 또는 타측이 상기 하중 블록의 가압면 외측으로 연장 형성되며 상기 평가용 열전소자는, 연장 형성된 상기 가열판 및 냉각판의 길이방향 일측 또는 타측에 배치된다.
또한, 상기 하중블록은, 상기 유연 열전소자에 굽힘 하중을 부여하도록 상기 제1 블록 및 제2 블록 중 어느 하나의 가압면에는 일정 곡률을 갖는 오목부가 형성되고, 다른 하나의 가압면에는 일정 곡률을 갖는 볼록부가 형성된다.
또한, 상기 가열판 및 냉각판은, 유연한 재질로 이루어진다.
본 발명의 일실시 예에 따른 유연 열전소자의 통합성능 평가 방법은, 하중블록을 통해 유연 열전소자의 일면과 타면에 접촉 하중을 부여하는 접촉 하중 부여 단계; 유연 열전소자에 전류를 가하여 열전소자의 일면은 냉각시키고, 타면은 가열하는 온도차 발생 단계; 상기 유연 열전소자의 일면을 히터를 통해 가열하여 열전소자의 일면과 타면의 온도차가 0이 되도록 하는 히터 가열 단계; 온도차가 0이 되었을 때 상기 히터의 파워를 측정하여 상기 유연 열전소자의 흡열량을 산출하는 흡열량 측정 단계; 및 상기 유연 열전소자에 가해지는 전류의 세기를 가변하여 각각의 흡열량을 측정하는 전류 가변단계를 포함한다.
또한, 상기 평가 방법은, 상기 유연 열전소자의 곡률을 가변하여 각각의 흡열량을 측정하는 곡률 가변단계를 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 유연 열전소자의 통합성능 평가 방법은, 하중블록을 통해 유연 열전소자의 일면과 타면에 접촉 하중을 부여하는 접촉 하중 부여 단계; 유연 열전소자의 일면을 히터를 통해 가열하여 열전소자의 일면과 타면에 온도차를 발생시키는 히터 가열 단계; 상기 유연 열전소자에서 발생되는 전류량을 측정하여 열전소자의 발전량을 산출하는 발전량 측정 단계; 상기 히터의 가열 세기를 가변하여 각각의 열전소자 발전량을 측정하는 히팅 가변단계; 및 상기 유연 열전소자의 곡률을 가변하여 각각의 발전량을 측정하는 곡률 가변단계를 포함한다.
아울러, 상기 평가 방법은, 상기 유연 열전소자의 곡률을 가변하여 각각의 발전량을 측정하는 곡률 가변단계를 더 포함한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 유연 열전소자의 통합성능 평가 장치 및 방법은, 하중블록을 통해 유연소자와 히터 및 유연소자와 히트싱크의 계면에 접촉 하중을 일정하게 부여하여 열저항 변화에 따른 성능 평가 오차를 최소화함에 따라 정밀한 열전소자의 성능 평가가 가능한 효과가 있다.
또한, 하중블록에 곡률을 형성하여 열전소자에 접촉 하중과 굽힘 하중의 동시 부여가 가능함에 따라 유연 열전소자의 곡률 반경에 따른 성능 평가 시 열전소자에 굽힘 하중을 가하기 위한 별도의 장치가 필요하지 않아 평가 장치 제조 및 유지 보수가 용이한 장점이 있다.
또한 열전소자의 성능 평가를 위한 진공 챔버의 크기를 줄일 수 있어 단시간에 챔버 내 진공 상태 형성이 가능하여 시험 시간이 단축되는 효과가 있다.
도 1은 통상의 열전소자를 나타낸 개략단면도
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 유연 열전소자의 통합성능 평가 장치 단면도
도 3은 본 발명의 제2 실시예의 유연 열전소자의 통합성능 평가 장치 단면도
도 4는 본 발명의 제3 실시예의 유연 열전소자의 통합성능 평가 장치 단면도
도 5는 본 발명의 일실시 예의 유연 열전소자의 통합성능 평가 방법 순서도 (냉각 성능 평가 시)
도 6은 본 발명의 일실시 예의 유연 열전소자의 통합성능 평가 방법 순서도 (발전 성능 평가 시)
도 7은 유연 열전소자의 곡률에 따른 저항 변화를 나타낸 그래프
도 8은 본 발명의 일실시 예에 따른 평가 장치를 이용해 측정한 온도차 대비 흡열량(냉각성능)을 나타낸 그래프
도 9는 본 발명의 일실시 예에 따른 평가 장치를 이용해 측정한 가열량 대비 발전량(발전성능)을 나타낸 그래프
이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
- 평가 장치 실시 예 1 (접촉 하중 식 일반형)
도 2에는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 유연 열전소자의 통합성능 평가 장치(100, 이하 "성능 평가 장치")의 개략 단면도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 성능 평가 장치(100)는 유연 열전소자(110)와, 유연 열전소자(110)의 일면에 부착되어 유연 열전소자(110)를 가열하는 히터부(120)와, 유연 열전소자(110)의 타면에 부착되어 유연 열전소자(110)를 냉각하는 히트싱크부(130)와, 유연 열전소자(110)의 일면과 타면에 접촉 하중을 부여하도록 배치되는 한 쌍의 하중블록(150)을 포함하여 구성된다.
유연 열전소자(110)의 일면에는 유연 열전소자(110)의 일면을 특정 온도로 가열하기 위한 히터부(120)가 구비되며, 보다 상세하게 히터부(120)는 유연 열전소자(110)의 일면에 부착되는 가열판(121)과 유연 열전소자(110)의 일면을 가열하기 위해 가열판(120)에 열을 전달하는 히터(122)로 구성된다. 이때 히터(122)는 위 하중블록(150)을 통해 유연 열전소자(110) 가압 시 간섭을 피하기 위해 가열판(121)의 길이 방향 일측 또는 타측에 구비될 수 있다. 즉 히터(122)는 하중블록(150)의 가압면 외측에 구비될 수 있다. 이를 위해 가열판(121)은 위 가압면에서 외측으로 연장 형성될 수 있다. 히터(122)는 유연 열전소자(110)를 정해진 온도로 가열하기 위한 구성이면 어떠한 구성도 적용될 수 있고, 일예로 가열판(121)에 대류를 통해 열을 전달하는 전기 히터 등이 적용될 수 있다.
유연 열전소자(110)의 타면에는 유연 열전소자(110)의 타면을 냉각하기 위한 히트싱크부(130)가 구비되며, 보다 상세하게 히트싱크부(130)는 유연 열전소자(110)의 타면에 부착되는 냉각판(131)과, 유연 열전소자(110)의 타면을 냉각시키기 위해 냉각판(131)의 열을 흡수하는 히트싱크(132)로 구성된다. 이때 히트싱크(132)는 위 히터(122)와 마찬가지로 하중블록(150)을 통해 유연 열전소자(110) 가압 시 간섭을 피하기 위해 냉각판(131)의 길이 방향 일측 또는 타측에 구비될 수 있다. 즉 히트싱크(132)는 하중블록(150)의 가압면 외측에 구비될 수 있다. 이를 위해 냉각판(131)은 위 가압면에서 외측으로 연장 형성될 수 있다. 히트싱크(132)는 유연 열전소자(110)를 정해진 온도로 냉각시킬 수 있는 구성이면 어떠한 구성도 적용될 수 있고, 일예로 방열면적을 넓히도록 다수의 방열핀을 포함하는, 히트 싱크의 구성이 적용될 수 있다.
하중블록(150)은 유연 열전소자(110)의 일면에 부착된 가열판(121)의 일방향 외측에 배치되어 자중에 의해 유연 열전소자(110)의 일면을 가압하는 제1 블록(151)과, 유연 열전소자(110)의 타면에 부착된 냉각판(131)의 타방향 외측에 배치되어 제1 블록(151)의 자중에 의해 유연 열전소자(110)의 타면을 가압하는 제2 블록(152)으로 구성된다. 하중블록(150)은 유연 열전소자(110)의 일면 및 타면 전체를 커버할 수 있을 정도의 크기를 갖고, 유연 열전소자(110)에 일정 접촉 하중을 부여할 수 있을 정도의 무게를 갖는다. 또한, 하중블록(150)은 유연 열전소자(110)의 성능 평가에 영향을 미치지 않도록 단열 재질 및 절연 재질로 이루어질 수 있다.
위와 같은 구성의 성능 평가 장치(100)를 통해 유연 열전소자(110)와 히터부(120)의 계면 접촉 하중 및 유연 열전소자(110)와 히트싱크부(130)의 계면 접촉 하중을 일정하고 고르게 부여하여 위 계면의 열저항 변화에 따른 성능 평가 오차를 최소화할 수 있게 된다. 구체적인 냉각성능 및 발전 성능 평가 방법은 도면을 참조하여 후술하기로 한다.
위와 같은 구성의 성능 평가 장치(100)를 통해 유연 열전소자(110)의 곡률을 순차적으로 가변시키면서, 유연 열전소자(110)의 냉각 성능과 발전 성능을 평가할 수 있게 된다. 구체적인 냉각성능 및 발전 성능 평가 방법은 도면을 참조하여 후술하기로 한다.
- 평가 장치 실시 예 2 (접촉 하중 식 열전소자 형)
도 3에는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 유연 열전소자의 통합성능 평가 장치(200, 이하 "성능 평가 장치")의 개략 단면도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 성능 평가 장치(200)는 유연 열전소자(210)와, 유연 열전소자(210)의 일면에 부착되는 가열판(220)과 유연 열전소자(210)의 타면에 부착되는 냉각판(230)과, 위 가열판(220)과 냉각판(230) 사이에 구비되어 온도차를 발생시켜 가열판(220)이 부착된 유연 열전소자(210)의 일면은 가열하고, 냉각판(230)이 부착된 유연 열전소자(210)의 타면은 냉각하는 평가용 열전소자(240)와, 유연 열전소자(210)의 일면과 타면에 접촉 하중을 부여하도록 배치되는 한 쌍의 하중블록(250)을 포함하여 구성된다.
유연 열전소자(210)의 일면에는 유연 열전소자(210)의 일면을 특정 온도로 가열하기 위한 가열판(220)이 구비되며, 유연 열전소자(210)의 타면에는 유연 열전소자(210)의 타면을 냉각하기 위한 냉각판(230)이 구비된다. 이때 가열판(220)을 가열하고, 냉각판(230)을 냉각시키기 위해 가열판(220)과 냉각판(230) 사이에는 평가용 열전소자(240)가 구비된다. 이는 열전소자(240)에 전류를 인가하면 한면은 가열되고 다른 한면은 냉각되는 특성을 이용한 것으로 평가용 열전소자(240)의 일면은 가열판(220)에 맞닿도록 구성하고, 타면은 냉각판(230)에 맞닿도록 한 상태에서 평가용 열전소자(240)에 전류를 인가하면, 가열판(220)은 가열되고, 냉각판(230)은 냉각하게 된다. 따라서 가열판(220)으로 인해 유연 열전소자(210)가 일면은 가열되고, 냉각판(230)으로 인해 유연 열전소자(210)의 타면은 냉각될 수 있다.
이때 평가용 열전소자(240)는 위 하중블록(250)을 통해 유연 열전소자(210) 가압 시 간섭을 피하기 위해 가열판(220)및 냉각판(230)이 길이 방향 일측 또는 타측에 구비될 수 있다. 즉 평가용 열전소자(240)는 하중블록(250)의 가압면 외측에 구비될 수 있다. 이를 위해 가열판(220) 및 냉각판(230)은 위 가압면에서 외측으로 연장 형성될 수 있다.
하중블록(250)은 유연 열전소자(210)의 일면에 부착된 가열판(220)의 일방향 외측에 배치되어 자중에 의해 유연 열전소자(210)의 일면을 가압하는 제1 블록(251)과, 유연 열전소자(210)의 타면에 부착된 냉각판(230)의 타방향 외측에 배치되어 제1 블록(251)의 자중에 의해 유연 열전소자(210)의 타면을 가압하는 제2 블록(252)으로 구성된다. 하중블록(250)의 세부 구성은 상술된 제1 실시 예의 하중블록(150)과 동일 유사하므로 이하 상세 설명은 생략한다.
위와 같은 구성의 성능 평가 장치(200)를 통해 유연 열전소자(210)와 가열판(220)의 계면 접촉 하중 및 유연 열전소자(210)와 냉각판(230)의 계면 접촉 하중을 일정하고 고르게 부여하여 위 계면의 열저항 변화에 따른 성능 평가 오차를 최소화할 수 있게 된다. 또한 평가용 열전소자(240)의 구성을 통해 가열판(220)과 냉각판(230)에 온도차를 부여하여 상술된 제1 실시 예의 히터 및 냉각핀을 대체할 수 있다.
- 평가 장치 실시 예 3 (굽힘 하중 동시 부여 형)
도 4에는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 유연 열전소자의 통합성능 평가 장치(300, 이하 "성능 평가 장치")의 개략 단면도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 성능 평가 장치(300)는 유연 열전소자(310)와, 유연 열전소자(310)의 일면에 부착되어 유연 열전소자(310)를 가열하는 히터부(320)와, 유연 열전소자(310)의 타면에 부착되어 유연 열전소자(310)를 냉각하는 히트싱크부(330)와, 유연 열전소자(310)의 일면과 타면에 접촉 하중을 부여하도록 배치되는 한 쌍의 하중블록(350)을 포함하여 구성된다. 또한, 하중블록(350)은 유연 열전소자(310)에 접촉 하중을 부여함과 동시에 굽힘 하중을 부여하도록 구성되어 유연 열전소자(310)의 곡률 변화에 따른 성능 평가의 수행이 가능하도록 구성됨에 본실시 예에 특징이 있다.
유연 열전소자(310)의 일면에는 유연 열전소자(310)의 일면을 특정 온도로 가열하기 위한 히터부(320)가 구비되며, 보다 상세하게 히터부(320)는 유연 열전소자(310)의 일면에 부착되는 가열판(321)과 유연 열전소자(310)의 일면을 가열하기 위해 가열판(320)에 열을 전달하는 히터(322)로 구성된다. 이때 히터(322)는 위 하중블록(350)을 통해 유연 열전소자(310) 가압 시 간섭을 피하기 위해 가열판(321)의 길이 방향 일측 또는 타측에 구비될 수 있다. 즉 히터(322)는 하중블록(350)의 가압면 외측에 구비될 수 있다. 이를 위해 가열판(321)은 위 가압면에서 외측으로 연장 형성될 수 있다. 히터(322)는 유연 열전소자(310)를 정해진 온도로 가열하기 위한 구성이면 어떠한 구성도 적용될 수 있고, 일예로 가열판(321)에 대류를 통해 열을 전달하는 전기 히터 등이 적용될 수 있다. 가열판(321)은 굽힘 하중 부여에 대응하여 변형될 수 있는 유연한 재질 또는 탄성 재질로 이루어질 수 있다.
유연 열전소자(310)의 타면에는 유연 열전소자(310)의 타면을 냉각하기 위한 히트싱크부(330)가 구비되며, 보다 상세하게 히트싱크부(330)는 유연 열전소자(310)의 타면에 부착되는 냉각판(331)과, 유연 열전소자(310)의 타면을 냉각시키기 위해 냉각판(331)의 열을 흡수하는 히트싱크(332)로 구성된다. 이때 히트싱크(312)는 위 히터(322)와 마찬가지로 하중블록(350)을 통해 유연 열전소자(310) 가압 시 간섭을 피하기 위해 냉각판(331)의 길이 방향 일측 또는 타측에 구비될 수 있다. 즉 히트싱크(332)는 하중블록(350)의 가압면 외측에 구비될 수 있다. 이를 위해 냉각판(331)은 위 가압면에서 외측으로 연장 형성될 수 있다. 히트싱크(332)는 유연 열전소자(310)를 정해진 온도로 냉각시킬 수 있는 구성이면 어떠한 구성도 적용될 수 있고, 일예로 방열면적을 넓히도록 다수의 방열핀을 포함하는, 히트 싱크의 구성이 적용될 수 있다. 냉각판(331)은 굽힘 하중 부여에 대응하여 변형될 수 있는 유연한 재질 또는 탄성 재질로 이루어질 수 있다.
하중블록(350)은 유연 열전소자(310)의 일면에 부착된 가열판(321)의 일방향 외측에 배치되어 자중에 의해 유연 열전소자(310)의 일면을 가압하는 제1 블록(351)과, 유연 열전소자(310)의 타면에 부착된 냉각판(331)의 타방향 외측에 배치되어 제1 블록(351)의 자중에 의해 유연 열전소자(310)의 타면을 가압하는 제2 블록(152)으로 구성된다. 하중블록(350)은 유연 열전소자(310)의 일면 및 타면 전체를 커버할 수 있을 정도의 크기를 갖고, 유연 열전소자(310)에 일정 접촉 하중을 부여할 수 있을 정도의 무게를 갖는다. 또한, 하중블록(350)은 유연 열전소자(310)의 성능 평가에 영향을 미치지 않도록 단열 재질 및 절연 재질로 이루어질 수 있다.
이때, 제1 블록(351) 및 제2 블록(352)은 유연 열전소자(310)에 접촉 하중을 부여함과 동시에 굽힘 하중을 부여하도록 다음과 같은 특징을 갖는다.
제1 블록(351)의 가압면은 유연 열전소자(310)에 굽힘 하중을 부여하도록 내측으로 오목한 오목부(351a)가 형성되며, 제2 블록(352)의 가압면에는 유연 열전소자(310)에 굽힘 하중을 부여하도록 오목부(351b)에 대응되는 볼록부(352a)가 형성될 수 있다. 위 실시예 외에도 제1 블록(351)에 볼록부가 형성되고, 제2 블록(352)에 오목부가 형성될 수도 있다.
따라서 제1 블록(351)의 자중에 의해 제1 블록과 제2 블록이 유연 열전소자(310) 가압 시 위 오목부(351a)와 볼록부(352a)를 통해 유연 열전소자(310)에 굽힘 하중이 부여되어 곡률에 따른 유연 열전소자(310)의 성능 평가 수행이 가능해진다. 또한 다양한 곡률을 갖는 하중블록(350)을 복수 개 구비하여 곡률 변화에 따른 유연 열전소자(310)의 성능 평가 수행도 가능해진다.
- 평가 방법 실시 예 1 (냉각 성능)
도 5에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유연 열전소자의 통합성능 평가 방법의 순서도가 도시되어 있다.
유연 열전소자(110)의 냉각 성능은 유연 열전소자(110)의 흡열량(Qc)을 평가하는 것으로 유연 열전소자(110)에 전류를 가하여 유연 열전소자(110)의 일면과 타면에 온도차(ΔT)를 발생시킨 후 열전소자의 냉각되는 면의 흡열량(Qc)을 측정하게 된다. 특히 본원은 히터(130)를 이용하여 위 흡열량(Qc)을 측정함에 그 특징이 있다. 상세히 설명하면,
우선 유연 열전소자(110)의 일면에 히터부(120)를 부착하고, 타면에 히트싱크부(130)를 부착한 상태에서 하중블록(150)을 통해 유연 열전소자(110)의 일면과 타면에 접촉 하중을 부여하는 접촉 하중 부여 단계(S11)를 수행한다.
다음으로 유연 열전소자(110)에 전류를 가하여 열전소자의 일면은 냉각시키고, 타면은 가열하는 온도차 발생 단계(S12)를 수행한다.
다음으로 유연 열전소자(110)의 일면을 히터부(130)를 통해 가열하여 온도차가 0이 되도록 하는 히터 가열 단계(S13)를 수행한다.
다음으로 온도차가 0이 되었을 때 히터(131)의 파워를 측정하여 열전소자의 흡열량을 산출하는 흡열량 측정 단계(S14)를 수행한다. 유연 열전소자의 일면과 타면의 온도차가 0이 된 경우 히터(131)의 파워는 열전소자의 흡열량과 같게 되므로, 히터(131)의 파워를 측정하여 유연 열전소자의 흡열량을 산출하게 된다.
다음으로 유연 열전소자(110)의 전류의 세기를 가변하여 각각의 흡열량을 측정하는 전류 가변단계(S15)를 수행한다.
추가적으로 유연 열전소자(110)의 곡률을 가변하여 각각의 흡열량을 측정하는 곡률 가변단계(S16)를 수행할 수도 있다.
- 평가 방법 실시 예 2 (발전 성능)
도 6에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유연 열전소자의 통합성능 평가 방법의 순서도가 도시되어 있다.
유연 열전소자(110)의 발전 성능은 유연 열전소자(110)의 발전량(파워)을 평가하는 것으로 유연 열전소자(110)의 일면과 타면에 온도차를 발생시켜 유연 열전소자(110)에서 발생되는 전류량을 측정하게 된다. 상세히 설명하면,
우선 유연 열전소자(110)의 일면에 히터부(120)를 부착하고, 타면에 히트싱크부(130)를 부착한 상태에서 하중블록(150)을 통해 유연 열전소자(110)의 일면과 타면에 접촉 하중을 부여하는 접촉 하중 부여 단계(S21)를 수행한다.
다음으로 유연 열전소자(110)의 일면을 히터부(130)를 통해 가열하여 열전소자의 일면과 타면에 온도차를 발생시키는, 히터 가열 단계(S22)를 수행한다.
다음으로 유연 열전소자(110)에서 발생되는 전류량 즉 파워를 측정하여 열전소자의 발전량을 산출하는 발전량 측정 단계(S23)를 수행한다.
다음으로 히터(131)의 가열 세기를 가변하여 각각의 열전소자 발전량을 측정하는 히팅 가변단계(S24)를 수행한다.
추가적으로 유연 열전소자(110)의 곡률을 가변하여 각각의 발전량을 측정하는 곡률 가변단계(S25)가 수행될 수도 있다.
본 발명의 상기한 실시예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
100, 200, 300 : 유연 열전소자의 통합성능 평가 장치
110, 210, 310 : 유연 열전소자
120 : 히터부 130 : 히트싱크부
220 : 가열판 230 : 냉각판
240 : 평가용 열전소자
150, 250, 350 : 하중블록 151, 251, 351 : 제1 블록
152, 252, 352 : 제2 블록
351a : 오목부 352a : 볼록부

Claims (11)

  1. 유연 열전소자;
    상기 유연 열전소자를 가열하도록 유연 열전소자의 일면에 구비되는 히터부;
    상기 유연 열전소자를 냉각하도록 유연 열전소자의 타면에 구비되는 히트싱크부; 및
    상기 히터부의 일측에 구비되어 상기 유연 열전소자의 일면과 히터부의 계면에 접촉 하중을 부여하는 제1 블록과, 상기 히트싱크부의 타측에 구비되어 상기 유연 열전소자의 타면과 히트싱크부의 계면에 접촉 하중을 부여하는 제2 블록으로 구성된 하중블록을 포함하되,
    상기 히터부는, 상기 유연 열전소자의 일면에 접촉되는 가열판과, 상기 가열판보다 두꺼운 두께를 갖고 상기 가열판의 길이 방향 양측 중 어느 한 측에 구비되는 히터를 포함하며,
    상기 히트싱크부는, 상기 유연 열전소자의 타면에 접촉되는 냉각판과, 상기 냉각판 보다 두꺼운 두께를 갖고 상기 냉각판의 길이 방향 양측 중 어느 한 측에 구비되는 히트싱크를 포함하고,
    상기 히터 및 히트싱크는, 상기 유연 열전소자와, 상기 하중블록 사이에 배치되되, 상기 하중블록 가압 시 상기 제1 블록 및 제2 블록과 간섭되지 않도록, 상기 하중 블록의 가압면 외측에 배치되는, 유연 열전소자의 통합성능 평가 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 유연 열전소자;
    상기 유연 열전소자의 일면에 구비되는 가열판;
    상기 유연 열전소자의 타면에 구비되는 냉각판;
    상기 유연 열전소자의 일면은 가열하고 타면은 냉각하도록 상기 가열판과 냉각판 사이에 구비되어 전류 인가에 의해 상기 가열판과 냉각판에 온도차를 부여하는 평가용 열전소자; 및
    상기 가열판의 일측에 구비되어 상기 유연 열전소자의 일면과 가열판의 계면에 접촉 하중을 부여하는 제1 블록과, 상기 냉각판의 타측에 구비되어 상기 유연 열전소자의 타면과 냉각판의 계면에 접촉 하중을 부여하는 제2 블록으로 구성된 하중블록을 포함하되,
    상기 가열판과 냉각판은, 길이방향 일측 또는 타측이 상기 하중 블록의 가압면 외측으로 연장 형성되며,
    상기 평가용 열전소자는, 상기 하중블록 가압 시 상기 제1 블록 및 제2 블록과 간섭되지 않도록 상기 연장 형성된 상기 가열판 및 냉각판의 길이방향 일측 또는 타측에 배치되는,
    유연 열전소자의 통합성능 평가 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 하중블록은,
    상기 유연 열전소자에 굽힘 하중을 부여하도록
    상기 제1 블록 및 제2 블록 중 어느 하나의 가압면에는 일정 곡률을 갖는 오목부가 형성되고, 다른 하나의 가압면에는 일정 곡률을 갖는 볼록부가 형성되는,
    유연 열전소자의 통합성능 평가 장치.
  7. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 가열판 및 냉각판은, 유연한 재질로 이루어지는, 유연 열전소자의 통합성능 평가 장치.
  8. 제 1항 또는 제 4항의 유연 열전소자의 통합성능 평가 장치를 이용한 유연 열전소자의 통합성능 평가 방법에 있어서,
    하중블록을 통해 유연 열전소자의 일면과 타면에 접촉 하중을 부여하는 접촉 하중 부여 단계;
    유연 열전소자에 전류를 가하여 열전소자의 일면은 냉각시키고, 타면은 가열하는 온도차 발생 단계;
    상기 유연 열전소자의 일면을 히터를 통해 가열하여 열전소자의 일면과 타면의 온도차가 0이 되도록 하는 히터 가열 단계;
    온도차가 0이 되었을 때 상기 히터의 파워를 측정하여 상기 유연 열전소자의 흡열량을 산출하는 흡열량 측정 단계; 및
    상기 유연 열전소자에 가해지는 전류의 세기를 가변하여 각각의 흡열량을 측정하는 전류 가변단계를 포함하는,
    유연 열전소자의 통합성능 평가 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 평가 방법은,
    상기 유연 열전소자의 곡률을 가변하여 각각의 흡열량을 측정하는 곡률 가변단계를 더 포함하는,
    유연 열전소자의 통합성능 평가 방법.
  10. 제 1항 또는 제 4항의 유연 열전소자의 통합성능 평가 장치를 이용한 유연 열전소자의 통합성능 평가 방법에 있어서,
    하중블록을 통해 유연 열전소자의 일면과 타면에 접촉 하중을 부여하는 접촉 하중 부여 단계;
    유연 열전소자의 일면을 히터를 통해 가열하여 열전소자의 일면과 타면에 온도차를 발생시키는 히터 가열 단계;
    상기 유연 열전소자에서 발생되는 전류량을 측정하여 열전소자의 발전량을 산출하는 발전량 측정 단계;
    상기 히터의 가열 세기를 가변하여 각각의 열전소자 발전량을 측정하는 히팅 가변단계; 및
    상기 유연 열전소자의 곡률을 가변하여 각각의 발전량을 측정하는 곡률 가변단계를 포함하는,
    유연 열전소자의 통합성능 평가 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 평가 방법은,
    상기 유연 열전소자의 곡률을 가변하여 각각의 발전량을 측정하는 곡률 가변단계를 더 포함하는,
    유연 열전소자의 통합성능 평가 방법.
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