KR102113062B1 - 방음 및 전자기파 차폐 기능을 갖는 열전발전 소자 및 제조 방법 - Google Patents

방음 및 전자기파 차폐 기능을 갖는 열전발전 소자 및 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방음 및 전자기파 차폐 기능을 갖는 열전발전 기술에 관한 것으로서, 일실시예에 따른 열전발전 소자는 외부에서 발생하는 열의 일부를 흡수하는 제1 레이어, 상기 제1 레이어상에서 배치되어 상기 열의 나머지 일부를 2차 흡수하는 제2 레이어, 상기 제2 레이어 상에서 배치되는 N형 소자 및 P형 소자를 갖고, 상기 제2 레이어에서 흡수하는 열에 의해서 전하를 운반하는 열전 나노 섬유 웹 레이어, 상기 열전 나노 섬유 웹 레이어 상에 형성되어 상기 N형 소자 및 상기 P형 소자를 전기적으로 연결하고, 상기 운반되는 전하에 의해서 발생된 전류를 충전소자로 전달하는 고체 전극, 및 상기 고체 전극 상에서 배치되어 외부에서 발생하는 열, 소음, 전자기파를 차단하는 방열판을 포함할 수 있다.

Description

방음 및 전자기파 차폐 기능을 갖는 열전발전 소자 및 제조 방법 {THERMOELECTRIC GENERATION ELEMENT HAVING SOUNDPROOF AND ELECTROMAGNETIC WAVE SHIELDING FUNCTION AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 방음 및 전자기파 차폐 기능을 갖는 열전발전 기술에 관한 것으로서, 열에너지뿐만 아니라, 소음, 전자파를 전기 에너지로 변환함으로써, 열전발전 효율을 높일 수 있는 기술적 사상이다.
차량의 방음재 역할은 자동차 산업의 발전과 더불어 수요자의 요구가 다양화, 고급화됨에 따라 자동차의 성능 중에 가장 큰 현안으로 대두된다.
차내의 안락감이나 쾌적, 정숙성 확보를 위해서는 엔진소음, 타이어 소음, 거리소음 등 차내외에서 발생하는 다양한 소음을 감소시킬 필요가 있다.
방음 재료들은 자동차의 차체의 모든 부분에 장착되어 엔진 및 타이어 등에서 발생하는 소음 및 진동을 차단하여 쾌적한 승차감을 주는 주요한 부품으로 자리 잡고 있으며 고급차일수록 사용부위 및 사용량이 많은 것이 일반적이다.
차량의 소음 제거를 위한 자동차용 방음 재료의 중요성은 최근 들어 더욱 높아지고 있으며 소음저감 이외에 연비개선을 위한 경량화, 비용절감 등의 문제도 함께 고려되고 있다.
한편, 근래에는 화석 원료 사용으로 인한 대한 대책 및 IoT(Internet of Things) 기기 전원으로서의 대체 에너지 기술 개발이 세계적인 이슈가 되고 있다.
대체에너지 기술로서 열전변환재료의 Seebeck효과를 이용하는 열전발전(TEG: Thermoelectric Generation)이 유망한 에너지 기술로서 주목되고 있다.
지금까지 열전발전은 인공위성용 전원, 벽지용 전원, 군사용 전원 등 특수목적을 위한 소형 전원장치에 이용되어 왔으나 최근의 에너지 및 지구환경 문제와 관련하여 주목 받기 시작했다.
일반적으로, 열전발전은 100℃미만의 저온에서 500℃이상의 중, 고온에 이르는 각종 폐열을 전력으로 회수하는 녹색 에너지 기술로서, 최근 열전성능지수를 향상시키기 위하여 나노구조화 연구가 증가하고 있으며 몇몇의 선행 연구들에 의해서 보고되고 있다.
한편, 전자 통신기기의 사용이 급격히 늘어남에 따라 전자파의 폐해에 대한 우려와 관심이 높아지고 전자파가 인체에 부정적인 영향을 미치는 연구결과가 속속 발표되면서 업계에서도 국민건강보호를 위하여 전자파 차폐기술의 개발에 박차를 가하고 있는 추세이다.
차량의 편의 증대를 위하여 도입한 각종 전자제어부품 및 장치로 인해 사용자나 탑승자의 편의성은 크게 향상되었으나 전자기기에서 방출되는 전자파에 따른 차량 전장 부품의 오작동 및 성능저하, 안전 사고 등에 대한 우려가 크게 증가하면서, 심각한 사회문제로 대두되고 있다.
따라서 차량 내부 전장 부품에서 발생하는 전자파의 차폐 필요성이 점차 증대되고, 전자파 장해에 대한 국제적인 규제는 점차 강화되고 있는 추세이다. 또한, 이러한 추세에 힘입어 이에 대응하기 위하여 많은 노력이 이루어지고 있다.
차량에는 방음 단일 기능의 방음재를 적용하고 있으며, 점차 다양한 부위에 많은 양이 사용된다. 이러한 추세는, 비용의 증가 및 무게 등의 증가로 차량 연비에 악영향을 미친다.
일반적으로, 열전발전을 위해서는 차량 배기구 부분에 많은 연구가 진행 중이다. 그러나, 대부분은 부품을 추가로 장착해야 하는 것으로서 이는 비용의 증가 및 차량 연비를 감소 문제를 함께 야기시킨다.
한편, 무인 및 자율 주행, 차량 주행의 편의성, 안전성을 위하여 고성능 전장부품을 다량 도입하면서 자동차는 점차 전자장치화 되어 가는 추세이다.
한국등록특허 제1323097호 "구리 전극을 포함하는 열전소자 및 그 제조방법" 한국등록특허 제0708947호 "열전소자를 사용하는　냉각 및 가열장치"
본 발명은 열전발전 구조를 이용하여 방음 효율을 높이는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 버려지는 차량의 열 에너지를 회수하여 동력원으로 재활용함으로써 차량의 연비를 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 다층 구조를 통해 광대역에 발생하는 소음을 효과적으로 흡수하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 다층 구조를 통해 효과적으로 전자파를 차폐하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 열에너지뿐만 아니라, 소음, 전자파를 전기 에너지로 변환함으로써, 열전발전 효율을 높이는 것을 목적으로 한다.
일실시예에 따른 열전발전 소자는 외부에서 발생하는 열, 소음, 전자기파 중에서 열의 일부를 흡수하거나, 소음 및 전자기파를 열로 변환하여 흡수하는 제1 레이어, 상기 제1 레이어상에서 배치되어 열의 일부를 2차 흡수하는 제2 레이어, 상기 제2 레이어 상에서 배치되는 N형 소자 및 P형 소자를 갖고, 상기 제2 레이어에서 흡수하는 열에 의해서 전하를 운반하는 열전 나노 섬유 웹 레이어, 상기 열전 나노 섬유 웹 레이어 상에 형성되어 상기 N형 소자 및 상기 P형 소자를 전기적으로 연결하고, 상기 운반되는 전하에 의해서 발생된 전류를 충전소자로 전달하는 고체 전극, 및 상기 고체 전극 상에서 배치되어 외부에서 발생하는 열, 소음, 전자기파를 차단하는 방열판을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 제1 레이어는 나노 섬유 웹(Nanofiber web) 또는 다공성 물질(Porous materials)을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 제1 레이어는 외부에서 발생하는 소음 및 전자기파를 열로 변환하고, 상기 제2 레이어는 상기 변환된 열을 흡수하는 차폐 기능을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 제1 레이어는, 상기 소음을 흡수하여 상기 열로 변환하는 나노 섬유 웹을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 제1 레이어는, 불특정 대역의 전자기파를 흡수하여 상기 열로 변환하는 다공질의 유전체를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 제2 레이어는, 전도성 나노 섬유 웹 또는 다공성 전극을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 열전발전 소자는 상기 N형 소자와 상기 P형 소자 사이에는 일정 부피의 공간이 형성될 수 있다.
일실시예에 따른 열전발전 소자는 상기 형성되는 공간의 부피에 기초하여 특정 대역의 소음 또는 전자기파가 차단될 수 있다.
일실시예에 따른 열전발전 소자는 상기 N형 소자와 상기 P형 소자 사이의 공간에 형성되는 유전체 월을 더 포함하고, 상기 형성되는 유전체 월의 간격에 기초하여 특정 대역의 소음 또는 전자기파가 차단될 수 있다.
일실시예에 따른 열전발전 소자의 제조 방법은 외부에서 발생하는 열, 소음, 전자기파 중에서 열의 일부를 흡수하거나, 소음 및 전자기파를 열로 변환하여 흡수하는 제1 레이어를 형성하는 단계, 상기 형성된 제1 레이어상에서 열의 일부를 2차 흡수하는 제2 레이어를 형성하는 단계, 상기 제2 레이어 상에서, 흡수되는 열에 의해 전하를 운반하는 N형 소자 및 P형 소자를 형성하는 단계, 상기 N형 소자 및 상기 P형 소자와 전기적으로 연결되고, 상기 운반되는 전하에 의해서 발생된 전류를 충전소자로 전달하는 고체 전극을 형성하는 단계, 및 상기 고체 전극 상에서 외부에서 발생하는 열, 소음, 전자기파를 반사하도록 방열판을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 제1 레이어를 형성하는 단계는, 나노 섬유 웹(Nanofiber web) 또는 다공성 물질(Porous materials)을 상기 제1 레이어 상에 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 N형 소자 및 P형 소자를 형성하는 단계는, 상기 N형 소자와 상기 P형 소자 사이에는 일정 부피의 공간을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 N형 소자 및 P형 소자를 형성하는 단계는, 상기 N형 소자와 상기 P형 소자 사이의 공간에 유전체 월을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 형성되는 유전체 월의 간격에 기초하여 특정 대역의 소음 또는 전자기파가 차단될 수 있다.
일실시예에 따르면, 열전 발전 구조를 이용하여 방음 효율을 높일 수 있다.
일실시예에 따르면, 버려지는 차량의 열 에너지를 회수하여 동력원으로 재활용함으로써, 차량의 연비를 향상시킬 수 있다. 일실시예에 따르면, 다층 구조를 통해 광대역에 발생하는 소음을 효과적으로 흡수 할 수 있다.
일실시예에 따르면, 다층 구조를 통해 효과적으로 전자파를 차폐 할 수 있다.
일실시예에 따르면, 열에너지뿐만 아니라, 소음, 전자파를 전기 에너지로 변환함으로써, 열전발전 효율을 높일 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 열전발전 소자를 이용해서 소음, 전자기파, 열로부터 에너지를 변환하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 2는 열전발전 방음재나 차폐재 레이어 구성에 따른 방음 특성을 설명하는 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 열전발전 소자를 설명하는 도면이다.
도 4는 다른 일실시예에 따른 열전발전 소자를 설명하는 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 열전발전 소자의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일실시예에 따른 열전발전 소자를 이용해서 소음, 전자기파, 열로부터 에너지를 변환하는 과정(100)을 설명하는 도면이다.
일실시예에 따른 열전발전 소자는 열을 전기로 변환하는 소자이다.
구체적으로, 열전발전은 온도차를 전위차로 발생시키고, 전위차에 의해서 발생되는 전하의 움직임을 통해 전류를 생성하는 기술이다.
이를 위해, 일실시예에 따른 열전발전 소자는 N형 소자와 P형 소자를 포함하고, 열을 전달 받은 N형 소자가 전자를 이용해서 전하를 이동 시키거나, 열을 전달 받은 P형 소자가 홀을 이동시켜 전류를 발생시킬 수 있다.
한편, 일실시예에 따른 열전발전 소자는 소음을 열로 전환할 수 있다. 또한, 전환된 열은 앞서 설명한 N형 소자와 P형 소자를 이용해서 전류를 발생시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 일실시예에 따른 열전발전 소자는 전자기파를 열로 전환할 수 있다. 또한, 전환된 열은 위에서 설명한 N형 소자와 P형 소자를 이용해서 전류를 발생시킬 수 있다.
소음과 전자기파를 흡수하여 열로 전환시키기 위해, 일실시예에 따른 열전발전 소자는 나노 섬유 또는 다공성 물질(Porous materials), 예를 들면 다공성 유전체나 다공성 금속을 포함할 수 있다. 또한, 일실시예에 따른 열전발전 소자는 다공의 정도(부피, 크기, 간격)를 달리하여 저주파에서 고주파 대역의 소음 및 전자기파를 다양하게 흡수할 수 있다.
흡수되거나, 소음 또는 전자기파로부터 전환된 열은 일실시예에 따른 열전발전 소자를 통해 전기에너지로 변환될 수 있다. 또한, 일실시예에 따른 열전발전 소자는 열, 소음, 전자기파를 전기에너지의 형태로 변환함으로써, 에너지 하베스팅, 방음재, EMI 차폐 등의 기능을 수행할 수 있다.
도 2는 열전발전 방음재나 차폐재 레이어 구성에 따른 방음 특성을 설명하는 도면(200)이다.
일실시예에 따른 열전발전 소자는 외부로부터의 소음, 열, 전자기파 등이 일부 흡수되거나 일부 반사(차단)할 수 있다.
도면부호 210은 외부로부터 열전발전 소자로 전달되는 소음, 열, 전자기파 등으로 해석될 수 있다.
도면부호 220은 다공성 전극으로 해석될 수 있으며, 외부로부터 전달되는 소음, 열, 전자기파의 일부를 흡수하거나 차단하는 레이어로서, 소음과, 전자기파는 열의 형태로 전환시킬 수 있다.
다음으로, 도면부호 230은 나노 섬유 웹으로 해석될 수 있으며, 도면부호 220의 레이어와 마찬가지로 소음, 열, 전자기파의 일부를 흡수하거나 차단할 수 있고, 소음과, 전자기파는 열의 형태로 전환시킬 수 있다.
한편, 도면부호 240는 판형 전극으로 해석될 수 있고, 흡수되지 않은 소음, 열, 전자기파의 일부를 차단할 수 있다.
일실시예에 따른 열전발전 소자는 도면부호 220 및 230의 다공성을 달리하여 저주파에서 고주파 대역까지 흡수 효율을 향상시킬 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 열전발전 소자(300)를 설명하는 도면이다.
일실시예에 따른 열전발전 소자(300)는 차량 등 방음재가 사용되는 곳에서 방음재를 대체함으로써, 열전발전, 방음재, EMI(Electro Magnetic Interference) 차폐 효과를 기대할 수 있다. 즉, 소음, 전자기파의 방음, 차폐는 흡수 또는 차단 만으로는 큰 효과를 기대하기 어렵다. 또한, 열전발전 소자(300)는 흡수/차단을 위한 이중 레이어로 구성되어 효율을 높일 수 있다.
이를 위해, 일실시예에 따른 열전발전 소자(300)는 제1 레이어(320), 제1 레이어 상에 적층되는 제2 레이어(330), 제2 레이어(330) 상에 적층되는 열전 나노 섬유 웹 레이어(340), 열전 나노 섬유 웹 레이어(340) 상에 적층되는 고체 전극(350), 및 고체 전극(350) 상에 적층되는 방열판(360)을 포함할 수 있다.
도면부호 310 및 370과 같이 외부에서 발생하는 열, 소음, 전자기파 등이 열전발전 소자(300)에 전달될 수 있다.
제1 레이어(320)는 외부에서 발생된 열, 소음, 전자기파 등이 가장 먼저 접하는 레이어로서, 열의 일부를 흡수하거나, 소음 및 전자기파를 열로 변환하여 흡수할 수 있다. 이를 위해, 제1 레이어(320)는 나노 섬유 웹(Nanofiber web) 또는 다공성 물질(Porous materials)을 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 소음 및 전자기파의 흡수를 위한 나노 섬유 웹(Nanofiber web) 또는 다공성 물질(Porous materials)의 다공성(Porosity)을 조절하여 저주파에서 고주파 대역까지 흡수할 수 있는 구조를 채택할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 나노 섬유 웹은 넓은 대역 특성을 갖는 소음의 흡음을 위해, 이중 구조의 형태로 구현될 수 있다. 예를 들면, 열전 발전층과 전극층을 모두 나노 섬유 웹으로 구성하되 나노 섬유 웹의 지름, 밀도, 공극률 등을 달리하여 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에서 사용되는 나노 섬유 웹은 넓은 대역 특성을 갖는 소음의 흡음을 위해, 나노파이버 웹의 특성이 그래디언트(Gradient) 형태로 변화함으로써 넓은 대역 소음의 흡음이 가능하다.
광대역 주파수 대역의 소음, 전자기파 흡수를 위하여 레이어 별로 다른 다공성을 채택할 수 있으며, 한 레이어 내에서도 그래디언트 한 다공성을 채택할 수 있다.
일례로는 열전 발전층의 나노 섬유 웹을 지름, 밀도, 공극 등을 그래디언트하게 변화시켜 구현할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 나노 섬유 웹은 넓은 대역 특성을 갖는 소음의 흡음을 위해, P형 소자와 N형 소자 사이에 월(Wall)을 형성할 수 있다. 이는 도 4에서 보다 상세히 설명한다.
또한, 제2 레이어(330)는 제1 레이어(320) 상에 배치되며 열의 일부를 2차 흡수할 수 있다. 이를 위해, 제2 레이어(330)는 전도성 나노 섬유 웹 또는 다공성 전극을 포함할 수 있다.
일례로, 제1 레이어(320)는 외부에서 발생하는 소음 및 전자기파를 열로 변환하고, 제2 레이어(330)는 변환된 열을 흡수할 수 있다. 이를 위해, 제1 레이어(320)는 소음을 흡수하여 열로 변환하는 나노 섬유 웹을 포함할 수 있다. 또한, 제1 레이어(320)는 불특정 대역의 전자기파를 흡수하여 열로 변환하는 다공질의 유전체를 포함할 수 있다.
한편, 열전 나노 섬유 웹 레이어(340)는 제2 레이어(330) 상에서 배치되는 N형 소자 및 P형 소자를 갖고, 제2 레이어(330)에서 흡수하는 열에 의해서 전하를 운반할 수 있다. 일례로, N형 소자에서는 전자가 P형 소자에서는 홀이 전하를 운반하는 매개체 역할을 수행한다.
고체 전극(350)은 열전 나노 섬유 웹 레이어(340) 상에 형성되어 N형 소자 및 P형 소자를 전기적으로 연결하고, 운반되는 전하에 의해서 발생된 전류를 충전소자로 전달할 수 있다.
일실시예에 따르면, 본 발명은 차량 엔진, 머플러 등의 부품에서 버려지는 열 에너지를 전기에너지로 변환하여 연료 사용 효율성을 증가시킬 수 있다. 또한, 차량 엔진이나, 머플러 등의 부품에서 발생하는 소음 및 전자기파가 열전발전을 위한 나노 섬유 웹에서 열에너지로 변환되고, 열에너지는 전기에너지로 변환될 수 있다.
방열판(360)은 도면부호 370과 같이, 고체 전극 상에서 배치되어 외부에서 발생하는 열, 소음, 전자기파를 차단할 수 있다.
일실시예에 따르면, 차음과 차폐나 열전 나노파이버 제작 공정(예: 몰딩)을 위하여 유전체 월(Wall)을 활용할 수 있다. 이러한 실시예는 도 4를 통해 보다 상세히 설명한다.
도 4는 다른 일실시예에 따른 열전발전 소자를 설명하는 도면이다.
N형 소자와 상기 P형 소자 사이에는 일정 부피의 공간이 형성될 수 있고, 이렇게 형성되는 공간의 부피에 기초하여 특정 대역의 소음 또는 전자기파가 차단될 수 있다.
N형 소자 또는 P형 소자 사이에 유전체 월을 형성할 수 있다. 이때, 형성된 유전체 월은 조절된 간극을 통해 매우 낮은 주파수 대역에 해당하는 소음과 전자기파를 흡수 할 수 있다.
일실시예에 따르면, 나노 섬유 웹은 전기방사법을, 유전체 월 및 전극물질 등은 롤투롤 프린트(Roll to Roll Print) 법을 이용하여 제조 할 수 있다.
일실시예에 따르면, 열전발전을 위한 나노 섬유는 열전발전 물질로부터 직접 나노 섬유로 형성할 수 있으며, 유연성 확보를 위하여 전도성 폴리머를 기반으로 열전발전 물질을 첨가하여 제조 할 수 있다.
열전발전 물질을 전도성 폴리머에 첨가할 때 균일한 분산을 위하여 음파처리(Sonication)와 스터링(Stirring)을 반복하여 균일한 분산을 획득할 수 있으며, 음파처리 및 스터링 시 계면 활성제를 사용하여 분산 후 유지할 수 있다.
결국, 일실시예에 따른 열전발전 소자는 차량 등 방음재가 사용되는 곳에서 방음재를 대체하는 것만으로 열전발전, 방음재, EMI 차폐 효과를 기대할 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 열전발전 소자의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
일실시예에 따른 열전발전 소자의 제조 방법은 외부에서 발생하는 열, 소음, 전자기파를 흡수하는 제1 레이어를 형성할 수 있다(단계 510). 예를 들어, 나노섬유 웹(Nanofiber web) 또는 다공성 물질(Porous materials)을 상기 제1 레이어 상에 형성
다음으로, 일실시예에 따른 열전발전 소자의 제조 방법은 형성된 제1 레이어상에서 열의 일부를 2차 흡수하는 제2 레이어를 형성할 수 있다(단계 520).
일실시예에 따른 열전발전 소자의 제조 방법은 제2 레이어 상에서, 흡수되는 열에 의해 전하를 운반하는 N형 소자 및 P형 소자를 형성할 수 있다(단계 530). 이때, N형 소자와 상기 P형 소자 사이에는 일정 부피의 공간을 형성거나,
다음으로, 일실시예에 따른 열전발전 소자의 제조 방법은 N형 소자 및 상기 P형 소자와 전기적으로 연결되고, 운반되는 전하에 의해서 발생된 전류를 충전소자로 전달하기 위한 고체 전극을 형성할 수 있다(단계 540).
일실시예에 따른 열전발전 소자의 제조 방법은 고체 전극 상에서 외부에서 발생하는 열, 소음, 전자기파를 반사하도록 방열판을 형성할 수 있다(단계 550).
결국, 본 발명을 이용하면 열전 발전 구조를 이용하여 방음 효율을 높일 수 있다. 또한, 버려지는 차량의 열 에너지를 회수하여 동력원으로 재활용 할 수 있고, 이를 통해 차량의 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 다층 구조를 통해 광대역에 발생하는 소음과 전자파를 효과적으로 차폐 할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (13)

  1. 외부에서 발생하는 열, 소음, 전자기파를 흡수하는 제1 레이어;
    상기 제1 레이어상에서 배치되어 열의 일부를 2차 흡수하는 제2 레이어;
    상기 제2 레이어 상에서 배치되는 N형 소자 및 P형 소자를 갖고, 상기 제2 레이어에서 흡수하는 열에 의해서 전하를 운반하는 열전 나노 섬유 웹 레이어;
    상기 열전 나노 섬유 웹 레이어 상에 형성되어 상기 N형 소자 및 상기 P형 소자를 전기적으로 연결하고, 상기 운반되는 전하에 의해서 발생된 전류를 충전소자로 전달하는 고체 전극; 및
    상기 고체 전극 상에서 배치되어 외부에서 발생하는 열, 소음, 전자기파를 차단하는 방열판
    을 포함하고,
    상기 제2 레이어는,
    전도성 나노 섬유 웹 또는 다공성 전극을 포함하는 차폐 기능을 갖는 열전발전 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이어는 나노 섬유 웹(Nanofiber web) 또는 다공성 물질(Porous materials)을 포함하는 차폐 기능을 갖는 열전발전 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이어는 외부에서 발생하는 소음 및 전자기파를 열로 변환하고, 상기 제2 레이어는 상기 변환된 열을 흡수하는 차폐 기능을 갖는 열전발전 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 레이어는,
    상기 소음을 흡수하여 열로 변환하는 나노 섬유 웹을 포함하는 차폐 기능을 갖는 열전발전 소자.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 레이어는,
    불특정 대역의 전자기파를 흡수하여 열로 변환하는 다공질의 유전체를 포함하는 차폐 기능을 갖는 열전발전 소자.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 N형 소자와 상기 P형 소자 사이에는 일정 부피의 공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 차폐 기능을 갖는 열전발전 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 형성되는 공간의 부피에 기초하여 특정 대역의 소음 또는 전자기파가 차단되는 차폐 기능을 갖는 열전발전 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 N형 소자와 상기 P형 소자 사이의 공간에 형성되는 유전체 월
    을 더 포함하고,
    상기 형성되는 유전체 월의 간격에 기초하여 특정 대역의 소음 또는 전자기파가 차단되는 차폐 기능을 갖는 열전발전 소자.
  10. 외부에서 발생하는 열, 소음, 전자기파를 흡수하는 제1 레이어를 형성하는 단계;
    상기 형성된 제1 레이어상에서 열의 일부를 2차 흡수하는 제2 레이어를 형성하는 단계;
    상기 제2 레이어 상에서, 흡수되는 열에 의해 전하를 운반하는 N형 소자 및 P형 소자를 형성하는 단계;
    상기 N형 소자 및 상기 P형 소자와 전기적으로 연결되고, 상기 운반되는 전하에 의해서 발생된 전류를 충전소자로 전달하는 고체 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 고체 전극 상에서 외부에서 발생하는 열, 소음, 전자기파를 반사하도록 방열판을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제2 레이어는,
    전도성 나노 섬유 웹 또는 다공성 전극을 포함하는 차폐 기능을 갖는 열전발전 소자의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 레이어를 형성하는 단계는,
    나노 섬유 웹(Nanofiber web) 또는 다공성 물질(Porous materials)을 상기 제1 레이어 상에 형성하는 단계
    를 포함하는 차폐 기능을 갖는 열전발전 소자의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 N형 소자 및 P형 소자를 형성하는 단계는,
    상기 N형 소자와 상기 P형 소자 사이에는 일정 부피의 공간을 형성하는 단계
    를 포함하는 차폐 기능을 갖는 열전발전 소자의 제조 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 N형 소자 및 P형 소자를 형성하는 단계는,
    상기 N형 소자와 상기 P형 소자 사이의 공간에 유전체 월을 형성하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 형성되는 유전체 월의 간격에 기초하여 특정 대역의 소음 또는 전자기파가 차단되는 차폐 기능을 갖는 열전발전 소자의 제조 방법.
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