KR102145901B1 - Thermoelectric device module - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 열전 소자 모듈에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 열전 냉각, 열전 가열 및 열전 발전을 고효율로 수행할 수 있는 열전 소자 모듈을 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 원주 및 길이를 갖는 원통 형태의 제1지지부; 상기 제1지지부의 외경면에 원주 방향 및 길이 방향을 따라 배열된 다수의 제1열전 소자; 상기 제1지지부의 외경면에 원주 방향 및 길이 방향을 따라 배열된 다수의 제2열전 소자; 상기 제1,2열전 소자를 지지하는 원통 형태의 제2지지부; 및 상기 제1,2열전 소자 및 상기 제2지지부의 외측에 방사상으로 부착된 다수의 방열부를 포함하고, 상기 제1,2열전 소자는 상기 제1지지부의 원주 방향 및 길이 방향을 따라 교호적으로 배열된 열전 소자 모듈을 개시한다.An embodiment of the present invention relates to a thermoelectric device module, and a technical problem to be solved is to provide a thermoelectric device module capable of performing thermoelectric cooling, thermoelectric heating, and thermoelectric power generation with high efficiency.
To this end, the present invention is a first support portion of a cylindrical shape having a circumference and a length; A plurality of first thermoelectric elements arranged along a circumferential direction and a length direction on an outer diameter surface of the first support portion; A plurality of second thermoelectric elements arranged along a circumferential direction and a length direction on an outer diameter surface of the first support portion; A second support portion having a cylindrical shape for supporting the first and second thermoelectric elements; And a plurality of radiating portions radially attached to the outside of the first and second thermoelectric elements and the second support, wherein the first and second thermoelectric elements alternately along a circumferential direction and a length direction of the first support. Disclosed is an arrayed thermoelectric element module.

Description

열전 소자 모듈{Thermoelectric device module}Thermoelectric device module

본 발명의 실시예는 열전 소자 모듈에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to a thermoelectric device module.

최근 대체 에너지의 개발 및 절약에 대한 관심이 고조되고 있는 가운데, 효율적인 에너지 변환 물질에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 열-전기 에너지 변환 재료인 열전 소자에 대한 연구가 가속화되고 있다.In recent years, while interest in the development and saving of alternative energy is increasing, research on efficient energy conversion materials is being actively conducted. In particular, research on thermoelectric devices, which are materials for converting thermoelectric energy, is accelerating.

고체 상태인 재료의 양단에 온도차가 있으면 열 의존성을 갖는 캐리어(전자 혹은 홀)도 그 양단에서 농도 차이가 발생하고 이것은 열기전력이라는 전기적인 현상, 즉 열전 현상으로 나타난다. 이와 같이 열전 현상은 온도의 차이와 전기 전압 사이의 가역적이고도 직접적인 에너지 변환을 의미한다. 이러한 열전 현상은 전기적 에너지를 생산하는 열전 발전과, 반대로 전기 공급에 의해 양단의 온도차를 유발하는 열전 냉각/가열로 구분할 수 있고, 이러한 열전 현상을 보이는 재료가 열전 소자이다.If there is a temperature difference at both ends of a material in a solid state, the concentration difference occurs at both ends of the carrier (electron or hole) having heat dependence, and this appears as an electrical phenomenon called thermoelectric power, that is, a thermoelectric phenomenon. As such, the thermoelectric phenomenon refers to a reversible and direct energy conversion between a temperature difference and an electric voltage. Such thermoelectric phenomena can be classified into thermoelectric power generation that produces electrical energy and thermoelectric cooling/heating that causes a temperature difference at both ends by supplying electricity, and a material exhibiting such thermoelectric phenomena is a thermoelectric element.

열전 소자는 발전과 냉각 과정에서 오염 물질의 배출이 없어 친환경적이고 지속 가능한 장점이 있어서 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히 소각로나 각종 산업 설비에서 발생하는 폐열이나 태양열, 지열, 하천수열과 같은 자연열에서도 직접 전력을 생산해 내어 에너지 하베스팅(energy harvesting)을 할 수 있는 신재생 에너지 관련 분야에 대한 관심이 높다.Thermoelectric devices do not emit pollutants during power generation and cooling, and thus have an environmentally friendly and sustainable advantage, and thus many studies have been conducted. In particular, there is high interest in the field of renewable energy that can perform energy harvesting by directly generating power from waste heat generated from incinerators and various industrial facilities, or natural heat such as solar heat, geothermal heat, and river water heat.

열전 소자(발열,흡열)의 효율은 열전 성능 지수(ZTm; thermoelectric figure of merit, 熱電性能指數)로 평가되는데, 제백 계수를 α[V/K], 비저항을 ρ[Ω · m], 열전도율을 λ[W/m·K]로 할 때 아래의 수학식과 같이 정의될 수 있다.The efficiency of thermoelectric elements (heat generation, heat absorption) is evaluated by the thermoelectric figure of merit (ZT m ; thermoelectric figure of merit). When is λ[W/m·K], it can be defined as the following equation.

ZTm＝α2Tm/ρ·λ [1/K]ZT m ＝α 2 T m /ρ·λ [1/K]

따라서 우수한 열전 특성을 위한 기본 조건으로는 제벡 계수(α) 또는 전기 전도율(σ)의 값을 높이거나, 고온단의 온도를 높이거나, 비저항(ρ) 또는 열전도율(λ)을 낮게 하면 좋다는 것을 알 수 있다.Therefore, it is known that as a basic condition for excellent thermoelectric properties, it is good to increase the value of the Seebeck coefficient (α) or electrical conductivity (σ), increase the temperature of the high temperature end, or decrease the specific resistance (ρ) or thermal conductivity (λ). I can.

열전 소자는 홀이 이동하여 열에너지를 이동시키는 p-형 열전재료로 만든 소자와 전자가 이동하여 열에너지를 이동시키는 n-형 열전재료로 만든 소자로 이루어진 p-n 열전 소자 1쌍이 기본 단위가 되고 이 기본 단위가 여러 개 조합되어 모듈로 제작된다.In a thermoelectric element, a pair of pn thermoelectric elements consisting of an element made of a p-type thermoelectric material that moves heat energy by moving a hole and an n-type thermoelectric material that transfers heat energy by moving electrons becomes the basic unit. It is produced as a module by combining several.

한편, 이러한 종래의 열전 소자 모듈은 대략 평판 형태로 형성됨으로써, 열전 효율 및 응용 분야에 한계가 있었다. 예를 들면, 열전 소자 모듈이 평판 형태로 한정되어, 동일한 공간에 위치시킬 수 있는 열전 소자의 갯수에 한계가 있고, 또한 열전 소자 모듈이 대략 평평한 장치에만 부착되어 사용될 수 있는 문제가 있었다.Meanwhile, since such a conventional thermoelectric device module is formed in a substantially flat plate shape, there is a limit to thermoelectric efficiency and application fields. For example, since the thermoelectric element module is limited to a flat plate shape, there is a problem in that the number of thermoelectric elements that can be located in the same space is limited, and the thermoelectric element module can be attached and used only in a substantially flat device.

이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.The above-described information disclosed in the background technology of the present invention is only for improving an understanding of the background of the present invention, and thus may include information not constituting the prior art.

본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 열전 냉각, 열전 가열 및 열전 발전을 고효율로 수행할 수 있는 열전 소자 모듈을 제공하는데 있다.An object to be solved according to an embodiment of the present invention is to provide a thermoelectric device module capable of performing thermoelectric cooling, thermoelectric heating, and thermoelectric power generation with high efficiency.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 전압이 상대적으로 낮을 때 다수의 열전 소자를 용이하게 직렬로 연결할 수 있고, 전압이 상대적으로 높을 때 다수의 열전 소자를 용이하게 병렬로 연결할 수 있는, 전압 조정이 용이한 열전 소자 모듈을 제공하는데 있다.In addition, the problem to be solved according to an embodiment of the present invention is that when the voltage is relatively low, a plurality of thermoelectric elements can be easily connected in series, and when the voltage is relatively high, a plurality of thermoelectric elements can be easily connected in parallel. It is to provide a thermoelectric element module in which voltage adjustment is easy.

본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 모듈은 원주 및 길이를 갖는 원통 형태의 제1지지부; 상기 제1지지부의 외경면에 원주 방향 및 길이 방향을 따라 배열된 다수의 제1열전 소자; 상기 제1지지부의 외경면에 원주 방향 및 길이 방향을 따라 배열된 다수의 제2열전 소자; 상기 제1,2열전 소자를 지지하는 원통 형태의 제2지지부; 및 상기 제1,2열전 소자 및 상기 제2지지부의 외측에 방사상으로 부착된 다수의 방열부를 포함하고, 상기 제1,2열전 소자는 상기 제1지지부의 원주 방향 및 길이 방향을 따라 교호적으로 배열될 수 있다.A thermoelectric device module according to an embodiment of the present invention includes a first support portion having a cylindrical shape having a circumference and a length; A plurality of first thermoelectric elements arranged along a circumferential direction and a length direction on an outer diameter surface of the first support portion; A plurality of second thermoelectric elements arranged along a circumferential direction and a length direction on an outer diameter surface of the first support portion; A second support portion having a cylindrical shape for supporting the first and second thermoelectric elements; And a plurality of radiating portions radially attached to the outside of the first and second thermoelectric elements and the second support, wherein the first and second thermoelectric elements alternately along a circumferential direction and a length direction of the first support. Can be arranged.

상기 제1지지부는 상기 제1지지부의 외경면에 원주 방향 및 길이 방향을 따라 형성된 다수의 제1안착 요홈; 상기 제1안착 요홈에 접착된 제1접착제; 및 상기 제1접착제에 형성된 제1전극을 포함하고, 상기 제1전극에 상기 제1열전 소자 및 상기 제2열전 소자가 직렬로 접속되거나, 또는 상기 제1전극에 상기 제1열전 소자 또는 상기 제2열전 소자가 접속될 수 있다.The first support portion includes a plurality of first seating grooves formed along the circumferential direction and the length direction on the outer diameter surface of the first support portion; A first adhesive bonded to the first seating groove; And a first electrode formed on the first adhesive, wherein the first thermoelectric element and the second thermoelectric element are connected in series to the first electrode, or the first thermoelectric element or the first electrode is connected to the first electrode. Two thermoelectric elements can be connected.

상기 제2지지부는 상기 제1지지부의 외측으로서 상기 제1,2열전 소자의 사이에 개재될 수 있다.The second support portion may be interposed between the first and second thermoelectric elements as an outside of the first support portion.

상기 방열부는 상기 방열부의 내경면에 원주 방향 및 길이 방향을 따라 형성된 다수의 제2안착 요홈; 상기 제2안착 요홈에 접착된 제2접착제; 및 상기 제2접착제에 형성된 제2전극을 포함하고, 상기 제2전극에 상기 제1열전 소자 및 상기 제2열전 소자가 직렬로 접속되거나, 또는 상기 제2전극에 상기 제1열전 소자 또는 상기 제2열전 소자가 접속될 수 있다.The heat dissipation part includes a plurality of second seating grooves formed along the circumferential direction and the length direction on the inner diameter surface of the heat dissipation part; A second adhesive bonded to the second seating groove; And a second electrode formed on the second adhesive, wherein the first thermoelectric element and the second thermoelectric element are connected in series to the second electrode, or the first thermoelectric element or the second electrode is connected to the second electrode. Two thermoelectric elements can be connected.

상기 제1,2열전 소자의 횡단면에 대한 내경면 및 외경면은 원호 형태이며, 상기 제1,2열전 소자의 내경면 및 외경면의 곡률 중심은 동일하고, 상기 제1,2열전 소자의 내경면의 곡률 반경이 상기 제1,2열전 소자의 외경면의 곡률 반경보다 작을 수 있다.The inner and outer surfaces of the first and second thermoelectric elements have an arc shape, and the centers of curvature of the inner and outer surfaces of the first and second thermoelectric elements are the same, and the inner diameters of the first and second thermoelectric elements The radius of curvature of the surface may be smaller than the radius of curvature of the outer diameter surfaces of the first and second thermoelectric elements.

상기 제2지지부는 상기 제1지지부의 외경면에 상기 원주 방향을 따라 상기 제1,2열전 소자의 사이에 형성된 다수의 원주 방향 지지대; 및 상기 제1지지부의 외경면에 상기 길이 방향을 따라 상기 제1,2열전 소자의 사이에 형성된 다수의 길이 방향 지지대를 포함할 수 있다.The second support portion includes a plurality of circumferential support formed between the first and second thermoelectric elements along the circumferential direction on an outer diameter surface of the first support portion; And a plurality of longitudinal supports formed between the first and second thermoelectric elements along the longitudinal direction on the outer diameter surface of the first support.

상기 제1지지부 또는 상기 제2지지부는 엔지니어링 플라스틱, 테프론, 세라믹, 실리콘 고무 또는 금속으로 형성될 수 있다.The first support or the second support may be formed of engineering plastic, Teflon, ceramic, silicon rubber, or metal.

상기 제1지지부 및 방열부의 사이에서 길이 방향을 따라 교호적으로 배열된 제1,2열전 소자의 일측 어레이와, 상기 제1,2열전 소자의 일측 어레이에 인접하는 제1,2열전 소자의 타측 어레이의 사이에 구비된 릴레이를 더 포함하고, 상기 열전 소자 모듈의 전압이 기준 전압보다 작을 경우 상기 릴레이가 턴온되어 상기 일측 어레이와 타측 어레이가 상호간 직렬로 연결되도록 하고, 상기 열전 소자 모듈의 전압이 기준 전압보다 클 경우 상기 릴레이가 턴오프되어 상기 일측 어레이와 타측 어레이가 상호간 병렬로 연결되도록 할 수 있다.One side array of first and second thermoelectric elements alternately arranged along the length direction between the first support and the heat dissipation unit, and the other side of the first and second thermoelectric elements adjacent to one side array of the first and second thermoelectric elements A relay provided between the arrays is further included, and when a voltage of the thermoelectric element module is less than a reference voltage, the relay is turned on so that the one array and the other array are connected in series with each other, and the voltage of the thermoelectric element module is When the voltage is greater than the reference voltage, the relay is turned off so that the one side array and the other side array are connected in parallel with each other.

상기 접착제는 바인더에 알루미늄, 마그네슘, 구리, 니켈, 은, 보론나이트라이드, 알루미늄나이트라이드, 알루미늄옥사이드, 알루미늄카본, 베릴륨옥사이드, 다이아몬드, 카본 파이버, 그래파이트, 카본 나노 튜브, 그래핀, 금속이 코팅된 폴리머 비즈, 세라믹이 코팅된 탄소 비즈 중 적어도 하나가 첨가될 수 있다.The adhesive is a binder coated with aluminum, magnesium, copper, nickel, silver, boron nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, aluminum carbon, beryllium oxide, diamond, carbon fiber, graphite, carbon nanotubes, graphene, and metal. At least one of polymer beads and ceramic-coated carbon beads may be added.

상기 접착제는 졸겔(sol-gel) 방식으로 제조된 초내열 무기 바인더와 초전도성 그래핀 소재로 융복합된 무기 방열 코팅재일 수 있다.The adhesive may be an inorganic heat dissipating coating material fused with a super heat-resistant inorganic binder and a superconducting graphene material prepared in a sol-gel method.

본 발명의 실시예는 동일한 곡률 중심을 따라 원주 방향 및 길이 방향으로 열전 소자가 배열됨으로써, 최소 공간에 최대 갯수의 열전 소자를 구비할 수 있고, 또한 길이를 갖는 관 형태로 구비하여, 열전 냉각, 열전 가열 및 열전 발전을 고효율로 수행할 수 있는 열전 소자 모듈을 제공한다.In an embodiment of the present invention, the thermoelectric elements are arranged in the circumferential direction and the length direction along the same center of curvature, so that the maximum number of thermoelectric elements can be provided in the minimum space, and provided in the form of a tube having a length, thermoelectric cooling, It provides a thermoelectric element module capable of performing thermoelectric heating and thermoelectric power generation with high efficiency.

또한, 본 발명의 실시예는 전압이 상대적으로 낮을 때 다수의 열전 소자를 용이하게 직렬로 연결할 수 있고, 전압이 상대적으로 높을 때 다수의 열전 소자를 용이하게 병렬로 연결할 수 있는, 전압 조정이 용이한 열전 소자 모듈을 제공한다.In addition, in the embodiment of the present invention, when the voltage is relatively low, a plurality of thermoelectric elements can be easily connected in series, and when the voltage is relatively high, a plurality of thermoelectric elements can be easily connected in parallel, and voltage adjustment is easy. Provides one thermoelectric module.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 모듈중 제1지지부의 절반을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 모듈중 제1지지부에 제1열전 소자가 결합된 상태를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 모듈중 제1지지부에 제2열전 소자가 결합된 상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 모듈중 제1지지부에 제1,2열전 소자가 결합된 상태를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 모듈중 제2지지부를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 모듈중 제1,2열전 소자가 결합된 제1지지부가 제2지지부에 결합된 상태를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 모듈중 제2지지부에 방열부가 결합된 상태를 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 모듈을 설명하기 위한 도 7의 일부 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 모듈의 응용예를 도시한 사시도이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 모듈의 전기적 연결 상태를 도시한 회로도이다.
도 11a와 도 11b는 현재까지 개발된 N형과 P형 열전재료들의 온도에 따른 열전성능을 보여주는 그래프이다.1 is a perspective view showing a half of a first support part of a thermoelectric device module according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view illustrating a state in which a first thermoelectric element is coupled to a first support part of a thermoelectric element module according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view illustrating a state in which a second thermoelectric element is coupled to a first support part of a thermoelectric element module according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view illustrating a state in which first and second thermoelectric elements are coupled to a first support part of a thermoelectric element module according to an embodiment of the present invention.
5 is a perspective view illustrating a second support part of a thermoelectric device module according to an embodiment of the present invention.
6 is a perspective view illustrating a state in which a first support portion to which first and second thermoelectric elements are coupled among thermoelectric element modules according to an embodiment of the present invention is coupled to a second support portion.
7 is a perspective view illustrating a state in which a heat dissipation part is coupled to a second support part of a thermoelectric device module according to an embodiment of the present invention.
8 is a partial cross-sectional view of FIG. 7 for explaining a thermoelectric device module according to an embodiment of the present invention.
9 is a perspective view showing an application example of a thermoelectric device module according to an embodiment of the present invention.
10A and 10B are circuit diagrams illustrating an electrical connection state of a thermoelectric device module according to an embodiment of the present invention.
11A and 11B are graphs showing thermoelectric performance according to temperature of N-type and P-type thermoelectric materials developed so far.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.The embodiments of the present invention are provided to more completely describe the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following examples may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is as follows. It is not limited to the examples. Rather, these embodiments are provided to make the present disclosure more faithful and complete, and to completely convey the spirit of the present invention to those skilled in the art.

또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.In addition, in the drawings below, the thickness or size of each layer is exaggerated for convenience and clarity of description, and the same reference numerals refer to the same elements in the drawings. As used herein, the term "and/or" includes any and all combinations of one or more of the corresponding listed items. In addition, the meaning of "connected" in the present specification means not only the case where the member A and the member B are directly connected, but also the case where the member A and the member B are indirectly connected by interposing the member C between the member A and member B do.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.The terms used in this specification are used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. As used herein, the singular form may include the plural form unless the context clearly indicates another case. Further, as used herein, "comprise, include" and/or "comprising, including" refers to the mentioned shapes, numbers, steps, actions, members, elements, and/or groups thereof. It specifies existence and does not exclude the presence or addition of one or more other shapes, numbers, actions, members, elements, and/or groups.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.In the present specification, terms such as first and second are used to describe various members, parts, regions, layers and/or parts, but these members, parts, regions, layers and/or parts are limited by these terms. It is obvious that it is not possible. These terms are only used to distinguish one member, part, region, layer or portion from another region, layer or portion. Accordingly, the first member, part, region, layer or part to be described below may refer to the second member, part, region, layer or part without departing from the teachings of the present invention.

"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.Terms relating to space such as “beneath”, “below”, “lower”, “above”, and “upper” are used in conjunction with an element or feature shown in the drawing. Other elements or features may be used for easy understanding. Terms related to this space are for easy understanding of the present invention according to various process conditions or use conditions of the present invention, and are not intended to limit the present invention. For example, if an element or feature in a figure is flipped over, the element or feature described as “bottom” or “below” becomes “top” or “above”. Thus, "below" is a concept encompassing "top" or "bottom".

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 모듈(100)중 제1지지부(110)의 절반을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 모듈(100)중 제1지지부(110)에 제1열전 소자(121)가 결합된 상태를 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 모듈(100)중 제1지지부(110)에 제2열전 소자(122)가 결합된 상태를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 모듈(100)중 제1지지부(110)에 제1,2열전 소자(121,122)가 결합된 상태를 도시한 사시도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 모듈(100)중 제2지지부(130)를 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 모듈(100)중 제1,2열전 소자(121,122)가 결합된 제1지지부(110)가 제2지지부(130)에 결합된 상태를 도시한 사시도이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 모듈(100)중 제2지지부(130)에 방열부(140)가 결합된 상태를 도시한 사시도이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 모듈(100)을 설명하기 위한 도 7의 일부 단면도이다.1 is a perspective view showing a half of a first support part 110 of a thermoelectric device module 100 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a first of the thermoelectric device module 100 according to an embodiment of the present invention. A perspective view showing a state in which the first thermoelectric element 121 is coupled to the support unit 110, and FIG. 3 is a second thermoelectric element to the first support unit 110 of the thermoelectric element module 100 according to an embodiment of the present invention. A perspective view showing a state in which 122 is coupled, and FIG. 4 is a state in which the first and second thermoelectric elements 121 and 122 are coupled to the first support unit 110 of the thermoelectric element module 100 according to an embodiment of the present invention 5 is a perspective view showing a second support part 130 of the thermoelectric device module 100 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a thermoelectric device module 100 according to an embodiment of the present invention. ) Is a perspective view showing a state in which the first support unit 110 to which the first and second thermoelectric elements 121 and 122 are coupled is coupled to the second support unit 130, and FIG. 7 is a thermoelectric element module according to an embodiment of the present invention. A perspective view showing a state in which the heat dissipation part 140 is coupled to the second support part 130 of 100, and FIG. 8 is a part of FIG. 7 for explaining the thermoelectric element module 100 according to an embodiment of the present invention. It is a cross-sectional view.

도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 모듈(100)은 제1지지부(110), 제1열전 소자(121), 제2열전 소자(122), 제2지지부(130) 및 방열부(140)를 포함할 수 있다.1 to 8, the thermoelectric element module 100 according to the embodiment of the present invention includes a first support 110, a first thermoelectric element 121, a second thermoelectric element 122, and a second thermoelectric element. It may include a support 130 and a heat radiating part 140.

제1지지부(110)는 원주(즉, 원지름 또는 반지름) 및 길이를 갖는 원통 형태일 수 있다. 또한, 제1지지부(110)는 제1지지부(110)의 외경면에 원주 방향 및 길이 방향을 따라 형성된 다수의 제1안착 요홈(111)을 더 포함할 수 있다. 제1지지부(110)의 길이 방향중 양끝단에 형성된 제1안착 요홈(111)은 하나의 제1열전 소자(121) 또는 제2열전 소자(122)가 결합될 수 있는 넓이 및 깊이를 갖고, 제1지지부(110)의 길이 방향중 양끝단의 내측에 형성된 제1안착 요홈(111)은 2개의 제1,2열전 소자(121,122)가 일정 간격 이격되어 결합될 수 있는 넓이 및 깊이를 갖는다. 여기서, 제1지지부(110)가 원통 형태로 형성되어 있기 때문에, 그 외경면에 어레이된 제1안착 요홈(111) 역시 원호 형태로서 상호간 동일한 곡률 중심을 갖는다. 또한, 제1지지부(110)의 제1안착 요홈(111)에는 제1접착제(112) 및 제1전극(113)이 순차적으로 형성될 수 있다.The first support 110 may have a cylindrical shape having a circumference (ie, a circle diameter or a radius) and a length. In addition, the first support portion 110 may further include a plurality of first seating grooves 111 formed along the circumferential direction and the length direction on the outer diameter surface of the first support portion 110. The first seating grooves 111 formed at both ends of the length direction of the first support part 110 have a width and depth in which one first thermoelectric element 121 or the second thermoelectric element 122 can be coupled, The first seating groove 111 formed on the inner side of both ends in the longitudinal direction of the first support part 110 has a width and a depth in which the two first and second thermoelectric elements 121 and 122 can be coupled to each other at a predetermined interval. Here, since the first support portion 110 is formed in a cylindrical shape, the first seating recesses 111 arranged on the outer diameter surface thereof also have the same center of curvature as an arc shape. In addition, a first adhesive 112 and a first electrode 113 may be sequentially formed in the first seating groove 111 of the first support part 110.

상술한 바와 같이, 제1지지부(110)의 길이 방향중 양끝단에 형성된 제1안착 요홈(111)에는 제1열전 소자(121) 또는 제2열전 소자(122)가 제1전극(113)에 예를 들면 제1솔더(114)를 통하여 전기적으로 접속될 수 있다. 또한, 제1지지부(110)의 길이 방향중 양끝단 내측에 형성된 제1안착 요홈(111)에는 제1열전 소자(121) 및 제2열전 소자(122)가 전극에 전기적으로 직렬 접속(예를 들면, 제1솔더(114)에 의해)될 수 있다. 여기서, 제1안착 요홈(111)이 원호 형태로서 상호간 동일한 곡률 중심을 가지므로, 제1접착제(112) 및 제1전극(113) 역시 원호 형태로서 상호간 동일한 곡률 중심을 갖는다.As described above, the first thermoelectric element 121 or the second thermoelectric element 122 is attached to the first electrode 113 in the first seating groove 111 formed at both ends of the first support portion 110 in the longitudinal direction. For example, it may be electrically connected through the first solder 114. In addition, the first thermoelectric element 121 and the second thermoelectric element 122 are electrically connected in series to the electrode in the first seating recess 111 formed inside both ends in the longitudinal direction of the first support unit 110 (e.g. For example, it may be by the first solder (114). Here, since the first seating groove 111 has the same center of curvature as an arc shape, the first adhesive 112 and the first electrode 113 also have the same center of curvature as an arc shape.

제1,2열전 소자(121,122)는 상술한 바와 같이 제1안착 요홈(111)에 접속되며, 제1,2열전 소자(121,122)의 횡단면에 대한 내경면 및 외경면은 원호 형태이고, 제1,2열전 소자(121,122)의 내경면 및 외경면의 곡률 중심은 동일하며, 제1,2열전 소자(121,122)의 내경면의 곡률 반경이 제1,2열전 소자(121,122)의 외경면의 곡률 반경보다 작다. 즉, 제1,2열전 소자(121,122)는 대체로 부채 형태를 한다. 여기서, 제1,2열전 소자(121,122)의 내경면이 제1솔더(114)를 통하여 제1전극(113)에 전기적으로 접속될 수 있다.The first and second thermoelectric elements 121 and 122 are connected to the first seating groove 111 as described above, and the inner and outer surfaces of the first and second thermoelectric elements 121 and 122 are in an arc shape, and the first ,The center of curvature of the inner and outer diameter surfaces of the second thermoelectric elements 121 and 122 is the same, and the radius of curvature of the inner diameter surfaces of the first and second thermoelectric elements 121 and 122 is the curvature of the outer diameter surfaces of the first and second thermoelectric elements 121 and 122 Less than the radius That is, the first and second thermoelectric elements 121 and 122 generally have a fan shape. Here, the inner diameter surfaces of the first and second thermoelectric elements 121 and 122 may be electrically connected to the first electrode 113 through the first solder 114.

여기서, 제1,2열전 소자(121,122)는 제1지지부(110)의 원주 방향을 따라 교호적으로 배열되고, 또한 제1,2열전 소자(121,122)는 제1지지부(110)의 길이 방향을 따라 교호적으로 배열될 수 있다. 즉, 제1지지부(110)의 원주 방향을 따라 P형 반도체 및 N 반도체가 교호적으로 배열되고, 또한 제1지지부(110)의 길이 방향을 따라 P형 반도체 및 N형 반도체가 교호적으로 배열될 수 있다. 여기서, 원주 방향을 따라 교호적으로 배열된 제1,2열전 소자(121,122)는 경우에 따라 직렬로 연결될 수 있고, 길이 방향을 따라 교호적으로 배열된 제1,2열전 소자(121,122)는 상호간 직렬로 연결될 수 있다. 이는 아래에서 다시 설명하기로 한다.Here, the first and second thermoelectric elements 121 and 122 are alternately arranged along the circumferential direction of the first support unit 110, and the first and second thermoelectric elements 121 and 122 are arranged in the length direction of the first support unit 110. They can be arranged alternately accordingly. That is, P-type semiconductors and N-type semiconductors are alternately arranged along the circumferential direction of the first support part 110, and P-type semiconductors and N-type semiconductors are alternately arranged along the length direction of the first support part 110. Can be. Here, the first and second thermoelectric elements 121 and 122 alternately arranged along the circumferential direction may be connected in series in some cases, and the first and second thermoelectric elements 121 and 122 alternately arranged along the longitudinal direction are mutually Can be connected in series. This will be described again below.

제2지지부(130)는 제1,2열전 소자(121,122)를 대략 지지하는 형태를 한다. 일례로, 제2지지부(130)는 제1,2열전 소자(121,122)의 사이 사이에 개재된 형태를 하며, 외경면이 전체적으로 원호 형태로 형성된다. 다르게 설명하면, 제2지지부(130)는 전체적으로 원주(즉, 원지름 또는 반지름) 및 길이를 갖는 원통 형태로 형성되며, 길이 방향 및 원주 방향을 따라 홈이 형성되고, 이러한 홈에 제1,2열전 소자(121,122)가 끼워진 형태를 한다.The second support unit 130 has a shape that approximately supports the first and second thermoelectric elements 121 and 122. For example, the second support unit 130 has a shape interposed between the first and second thermoelectric elements 121 and 122, and the outer diameter surface is entirely formed in an arc shape. In other words, the second support 130 is formed in a cylindrical shape having a circumference (ie, a circle diameter or a radius) and a length as a whole, and grooves are formed along the longitudinal direction and the circumferential direction, and the first and second The thermoelectric elements 121 and 122 are inserted.

더불어, 제2지지부(130)는 제1지지부(110)의 외경면에 원주 방향을 따라 제1,2열전 소자(121,122)의 사이에 형성된 다수의 원주 방향 지지대(131A)와, 제1지지부(110)의 외경면에 길이 방향을 따라 제1,2열전 소자(121,122)의 사이에 형성된 다수의 길이 방향 지지대(131B)를 포함할 수 있다. 즉, 제1지지부(110)에 원주 방향 및/또는 길이 방향으로 원주 방향 지지대(131A) 및/또는 길이 방향 지지대(131B)가 더 형성됨으로써, 열전 소자 모듈(100)의 구조적 안정성이 향상된다. 즉, 이러한 원주 방향 지지대(131A) 및/또는 길이 방향 지지대(131B)에 의해, 외부 충격으로부터 열전 소자 모듈(100)이 파손되지 않는다.In addition, the second support unit 130 includes a plurality of circumferential support 131A formed between the first and second thermoelectric elements 121 and 122 along the circumferential direction on the outer diameter surface of the first support unit 110, and the first support unit ( A plurality of longitudinal supports 131B formed between the first and second thermoelectric elements 121 and 122 along the longitudinal direction may be included on the outer diameter surface of 110 ). That is, by further forming a circumferential support 131A and/or a longitudinal support 131B on the first support 110 in the circumferential direction and/or the length direction, structural stability of the thermoelectric element module 100 is improved. That is, by the circumferential support 131A and/or the longitudinal support 131B, the thermoelectric element module 100 is not damaged from an external impact.

한편, 이러한 제2지지부(130)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 2개가 구비되며, 각각 지퍼 숫놈과 지퍼 암놈(또는 벨크로 시트)이 구비되어 상호간 결합됨으로써 원통 모양을 갖게 된다. 즉, 양끝단에 부착된 지퍼 또는 벨크로 시트에 의해 매체 파이프에 설치될 수 있다.On the other hand, the second support unit 130, for example, is not limited, and is provided with two, respectively, a zipper male and a zipper female (or Velcro sheet) are provided and coupled to each other to have a cylindrical shape. That is, it can be installed on the media pipe by zippers or Velcro sheets attached to both ends.

물론, 이러한 원주 방향 지지대(131A) 및/또는 길이 방향 지지대(131B)는 상술한 제1,2지지부(110,130)와 동일하거나 유사한 재질로 형성될 수 있다. Of course, the circumferential support 131A and/or the longitudinal support 131B may be formed of the same or similar material as the first and second support portions 110 and 130 described above.

한편, 제1,2지지부(110,130)는 고온(예를 들면, 대략 100℃ 내지 500℃)에서 용융되지 않는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 엔지니어링 플라스틱, 테프론, 세라믹, 실리콘 고무 또는 금속으로 형성될 수 있다.Meanwhile, the first and second support portions 110 and 130 are not melted at high temperatures (eg, about 100° C. to 500° C.), for example, but are not limited to engineering plastics, Teflon, ceramics, silicone rubber, or metal. Can be formed.

일례로, 제1,2지지부(110,130)는 알파 알루미나(α-Al2O3), 알루미나(Al2O3), 이트리아(Y2O3), YAG(Y3Al5O12), 희토류 계열(Y 및 Sc을 포함하여 원자번호 57부터 71까지의 원소 계열) 산화물, 바이오 글래스, 실리카(SiO2), 수산화인회석(hydroxyapatite), 이산화티탄(TiO2), 유기 소재, 유무기 복합 소재 및 그 등가물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종의 혼합물로 각각 이루어질 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.For example, the first and second support portions 110 and 130 include alpha alumina (α-Al2O3), alumina (Al2O3), yttria (Y2O3), YAG (Y3Al5O12), rare earth series (including Y and Sc, and atomic numbers 57 to 71). Element series up to) Oxide, bio-glass, silica (SiO2), hydroxyapatite, titanium dioxide (TiO2), organic material, organic-inorganic composite material, and a mixture of two selected from the group consisting of Although each may be made, the present invention is not limited to these materials.

좀 더 구체적으로, 제1,2지지부(110,130)는 알파 알루미나, 알루미나, 수산화인회석, 인산칼슘, 바이오 글래스, Pb(Zr,Ti)O3(PZT), 이산화티탄, 지르코니아(ZrO2), 이트리아(Y2O3), 이트리아-지르코니아(YSZ, Yttria stabilized Zirconia), 디스프로시아(Dy2O3), 가돌리니아(Gd2O3), 세리아(CeO2), 가돌리니아-세리아(GDC, Gadolinia doped Ceria), 마그네시아(MgO), 티탄산 바륨(BaTiO3), 니켈 망가네이트(NiMn2O4), 포타슘 소듐 니오베이트(KNaNbO3), 비스무스 포타슘 티타네이트(BiKTiO3), 비스무스 소듐 티타네이트(BiNaTiO3), CoFe2O4, NiFe2O4, BaFe2O4, NiZnFe2O4, ZnFe2O4,MnxCo3-xO4(여기서, x는 3 이하의 양의 실수), 비스무스 페라이트(BiFeO3), 비스무스 징크 니오베이트(Bi1.5Zn1Nb1.5O7), 인산리튬알루미늄티타늄 글래스 세라믹, Li-La-Zr-O계 Garnet 산화물, Li-La-Ti-O계 Perovskite 산화물, La-Ni-O계 산화물, 인산리튬철, 리튬-코발트 산화물, Li-Mn-O계 Spinel 산화물(리튬망간산화물), 인산리튬알루미늄갈륨 산화물, 산화텅스텐, 산화주석, 니켈산란타늄, 란타늄-스트론튬-망간 산화물, 란타늄-스트론튬-철-코발트 산화물, 실리케이트계 형광체, SiAlON계 형광체, 질화알루미늄, 질화실리카, 질화티탄,AlON, 탄화실리카, 탄화티탄, 탄화텅스텐, 붕화마그네슘, 붕화티탄, 금속산화물과 금속질화물혼합체, 금속산화물과 금속탄화물혼합체, 세라믹과 고분자의 혼합체, 세라믹과 금속의 혼합체, 니켈, 동, 실리카 및 그 등가물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 또는 2종의 혼합물로 형성될 수 있다.More specifically, the first and second supports 110 and 130 are alpha alumina, alumina, hydroxyapatite, calcium phosphate, bioglass, Pb(Zr,Ti)O3(PZT), titanium dioxide, zirconia (ZrO2), yttria ( Y2O3), Yttria stabilized Zirconia (YSZ), dysprocia (Dy2O3), gadolinia (Gd2O3), ceria (CeO2), Gadolinia doped Ceria (GDC), Magnesia (MgO ), barium titanate (BaTiO3), nickel manganate (NiMn2O4), potassium sodium niobate (KNaNbO3), bismuth potassium titanate (BiKTiO3), bismuth sodium titanate (BiNaTiO3), CoFe2O4, NiFe2O4, BaFe2O4, NiFe2O4, BaFe2 -xO4 (where x is a positive real number of 3 or less), bismuth ferrite (BiFeO3), bismuth zinc niobate (Bi1.5Zn1Nb1.5O7), lithium aluminum phosphate titanium glass ceramic, Li-La-Zr-O based Garnet oxide , Li-La-Ti-O-based Perovskite oxide, La-Ni-O-based oxide, lithium iron phosphate, lithium-cobalt oxide, Li-Mn-O-based Spinel oxide (lithium manganese oxide), lithium aluminum gallium phosphate oxide, oxidation Tungsten, tin oxide, nickel oxide lanthanum, lanthanum-strontium-manganese oxide, lanthanum-strontium-iron-cobalt oxide, silicate-based phosphor, SiAlON-based phosphor, aluminum nitride, silica nitride, titanium nitride, AlON, silica carbide, titanium carbide, 1 selected from the group consisting of tungsten carbide, magnesium boride, titanium boride, metal oxide and metal nitride mixture, metal oxide and metal carbide mixture, ceramic and polymer mixture, ceramic and metal mixture, nickel, copper, silica, and equivalents thereof It may be formed of a species or a mixture of two.

더불어, 이러한 제1,2지지부(110,130)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 금형 성형법, 러버 프레스법, 사출 성형법, 압출 성형법, 주입 성형법 또는 용사법 등으로 형성될 수 있다.In addition, the first and second support portions 110 and 130 may be formed by, for example, but not limited to, a mold molding method, a rubber press method, an injection molding method, an extrusion molding method, an injection molding method, or a thermal spraying method.

방열부(140)는 제1,2열전 소자(121,122)를 대략 지지하는 형태를 한다. 제1,2열전 소자(121,122)의 외경면 역시 원호 형태로 형성되므로, 이러한 방열부(140) 역시 대체로 원통 형태로 형성될 수 있다. 즉, 방열부(140) 역시 원주(즉, 원지름 또는 반지름) 및 길이를 갖는 원통 형태일 수 있다. The heat dissipation unit 140 has a shape that approximately supports the first and second thermoelectric elements 121 and 122. Since the outer diameter surfaces of the first and second thermoelectric elements 121 and 122 are also formed in an arc shape, the heat dissipation unit 140 may also be formed in a generally cylindrical shape. That is, the radiating part 140 may also have a cylindrical shape having a circumference (ie, a circle diameter or a radius) and a length.

또한, 방열부(140)는 방열부(140)의 내경면에 원주 방향 및 길이 방향을 따라 형성된 다수의 제2안착 요홈(141)을 더 포함할 수 있다. 방열부(140)의 길이 방향중 양끝단에 형성된 제2안착 요홈(141)은 하나의 제1열전 소자(121) 또는 제2열전 소자(122)가 결합될 수 있는 넓이 및 깊이를 갖고, 방열부(140)의 길이 방향중 양끝단의 내측에 형성된 제2안착 요홈(141)은 2개의 제1,2열전 소자(121,122)가 일정 간격 이격되어 결합될 수 있는 넓이 및 깊이를 갖는다. 여기서, 방열부(140)가 원통 형태로 형성되어 있기 때문에, 그 내경면에 어레이된 제2안착 요홈(141) 역시 원호 형태로서 상호간 동일한 곡률 중심을 갖는다. 또한, 방열부(140)의 제2안착 요홈(141)에는 제2접착제(142) 및 제2전극(143)이 순차적으로 형성된다.In addition, the heat dissipation unit 140 may further include a plurality of second seating recesses 141 formed along the circumferential direction and the length direction on the inner diameter surface of the heat dissipation unit 140. The second seating grooves 141 formed at both ends in the longitudinal direction of the heat dissipation unit 140 have a width and depth to which one first thermoelectric element 121 or the second thermoelectric element 122 can be coupled, and heat dissipation The second seating grooves 141 formed on the inner sides of both ends in the longitudinal direction of the portion 140 have a width and depth in which the two first and second thermoelectric elements 121 and 122 can be coupled at a predetermined distance apart from each other. Here, since the heat dissipation part 140 is formed in a cylindrical shape, the second seating grooves 141 arranged on the inner diameter surface thereof also have the same center of curvature as an arc shape. In addition, a second adhesive 142 and a second electrode 143 are sequentially formed in the second seating groove 141 of the heat dissipation unit 140.

상술한 바와 같이, 방열부(140)의 길이 방향중 양끝단에 형성된 제2안착 요홈(141)에는 제1열전 소자(121) 또는 제2열전 소자(122)가 제2전극(143)에 예를 들면 제2솔더(144)에 의해 전기적으로 접속될 수 있다. 또한, 방열부(140)의 길이 방향중 양끝단 내측에 형성된 제2안착 요홈(141)에는 제1열전 소자(121) 및 제2열전 소자(122)가 제2전극(143)에 전기적으로 직렬 접속(예를 들면, 제2솔더(144)에 의해)될 수 있다. 여기서, 제2안착 요홈(141)이 원호 형태로서 상호간 동일한 곡률 중심을 가지므로, 제2접착제(142) 및 제2전극(143) 역시 원호 형태로서 상호간 동일한 곡률 중심을 갖는다. 여기서, 제1,2열전 소자(121,122)의 외경면이 제2솔더(144)를 통하여 제2전극(143)에 전기적으로 접속될 수 있다.As described above, the first thermoelectric element 121 or the second thermoelectric element 122 is formed on the second electrode 143 in the second seating recesses 141 formed at both ends of the longitudinal direction of the heat dissipation unit 140. For example, it may be electrically connected by the second solder 144. In addition, the first thermoelectric element 121 and the second thermoelectric element 122 are electrically in series with the second electrode 143 in the second seating recesses 141 formed inside both ends of the heat dissipation unit 140 in the longitudinal direction. It can be connected (for example, by the second solder 144). Here, since the second seating grooves 141 are arc-shaped and have the same center of curvature, the second adhesive 142 and the second electrode 143 are also arc-shaped and have the same center of curvature. Here, the outer diameter surfaces of the first and second thermoelectric elements 121 and 122 may be electrically connected to the second electrode 143 through the second solder 144.

또한, 방열부(140)는 외측을 향하여 방사상으로 형성된 다수의 방열핀(145)을 더 포함할 수 있다. 이러한 방열핀(145)에 의해, 방열부(140)를 통한 열이 외부로 신속하게 방출됨으로써, 열전 소자 모듈(100)의 동작 효율이 더욱 향상될 수 있다. 더불어, 이러한 방열부(140) 및 방열핀(145)는 공통적으로, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 철, 철 합금 등으로 형성될 수 있다.In addition, the radiating part 140 may further include a plurality of radiating fins 145 formed radially toward the outside. By the heat dissipation fins 145, heat through the heat dissipation unit 140 is quickly released to the outside, so that the operating efficiency of the thermoelectric element module 100 may be further improved. In addition, the heat dissipation unit 140 and the heat dissipation fin 145 may be formed of, for example, but not limited to, aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, iron, iron alloy, or the like.

또한, 제1,2접착제(112,142)는 바인더에 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 구리(Cu), 니켈(Ni), 은(Ag), 금(Au), 보론나이트라이드(BN), 알루미늄나이트라이드(AlN), 알루미늄옥사이드(Al2O3), 알루미늄카본(AlC), 베릴륨옥사이드(BeO), 다이아몬드, 카본 파이버, 그래파이트, 카본 나노 튜브, 그래핀, 금속이 코팅된 폴리머 비즈(beads), 세라믹이 코팅된 탄소 비즈 중 적어도 하나가 첨가된 것일 수 있다. In addition, the first and second adhesives 112 and 142 are aluminum (Al), magnesium (Mg), copper (Cu), nickel (Ni), silver (Ag), gold (Au), boron nitride (BN), Aluminum nitride (AlN), aluminum oxide (Al2O3), aluminum carbon (AlC), beryllium oxide (BeO), diamond, carbon fiber, graphite, carbon nanotubes, graphene, metal-coated polymer beads, ceramics At least one of the coated carbon beads may be added.

특히, 제1,2접착제(112,142)는 졸겔(sol-gel) 방식으로 제조된 초내열 무기 바인더와 초전도성 그래핀 소재로 융복합된 무기 방열 코팅재일 수 있다. 이러한 무기 방열 코팅재는 고내열성(최대 2,000℃)과 내식성(산화방지)을 갖는다. 더불어, 그래핀막과 불순물인 산화막을 분리하는 산화 화학 분리 방식의 그래핀 방열 코팅재는 스프레이 방식으로 쉽게 코팅이 가능하다. 기존 방열 코팅재는 95% 이상 유기 또는 유,무기 복합형 방열 코팅재로 고열이 발생하는 장치에는 사용할 수 없었으나, 초 열전도성 코팅재는 최대 2,000℃ 내의 분위기 온도에서도 사용할 수 있다.In particular, the first and second adhesives 112 and 142 may be an inorganic heat dissipation coating material fused with a super heat-resistant inorganic binder and a superconducting graphene material manufactured in a sol-gel method. This inorganic heat dissipation coating material has high heat resistance (up to 2,000°C) and corrosion resistance (antioxidation). In addition, the graphene heat dissipation coating material of an oxidation chemical separation method that separates the graphene film from the oxide film, which is an impurity, can be easily coated by a spray method. Existing heat-dissipating coating materials are organic or organic/inorganic composite heat-dissipating coating materials of 95% or more and cannot be used in devices that generate high heat, but super-thermal conductive coating materials can be used at ambient temperatures up to 2,000°C.

일례로, 대략 10 ㎛ 내지 50 ㎛의 스프레이만으로, 대략 200 W/m.k 내지 400 W/m.k 이상의 열전도성을 발휘하고 3.55 X 10-1 S/m 이상의 높은 전기 전도성을 갖고 있어, 전류 출력 시 각종 발열 소재로 제작이 용이하다. 더불어, 산과 알칼리에 안정성이 높고, 상술한 바와 같이 최고 2,000 ℃의 내열성을 보유한다.For example, with only spray of about 10 µm to 50 µm, it exhibits thermal conductivity of about 200 W/mk to 400 W/mk or more and has high electrical conductivity of 3.55 X 10 -1 S/m or more. It is easy to manufacture with material. In addition, it has high stability against acids and alkalis, and has heat resistance of up to 2,000°C as described above.

이러한 제1,2접착제(112,142)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 스프레이 코팅, 페인트 브러싱, 닥터 블레이드, 침지-인상법, 캐스팅, 슬롯 다이 코팅, 커튼 코팅, 슬라이드 코팅, 나이프 오버 에지 코팅 또는 잉크젯 프린팅 등으로 제1지지 부재 및 방열부에 구비된 제1,2안착 요홈에 형성될 수 있다. These first and second adhesives 112 and 142 are, for example, but not limited to, spray coating, paint brushing, doctor blade, immersion-raising method, casting, slot die coating, curtain coating, slide coating, knife over edge coating Alternatively, it may be formed in the first and second seating grooves provided in the first support member and the heat dissipation part by inkjet printing or the like.

또한, 제1,2전극(113,143)은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 구리, 알루미늄, 니켈, 금, 은, 팔라듐, SUS 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.In addition, the first and second electrodes 113 and 143 may be formed of at least one of copper, aluminum, nickel, gold, silver, palladium, and SUS, but is not limited thereto.

이러한 제1,2전극(113,143)은 무전해 도금 방식, 전해 도금 방식, RF 스퍼터링 방식, 물리적 기상 증착 방식, 플라즈마 증강 물리적 기상 증착 방식, 저압 화학적 증착 방식, 대기압 화학적 증착 방식 또는 금속 유기 화학적 증착 방식으로 형성될 수 있다. 더불어, 제1,2전극(113,143)은 상술한 방법으로 형성된 후, 상술한 제1접착제(112)에 각각 접착될 수 있다. 또한, 경우에 따라, 제1,2전극(113,143)은 제1접착제(112)를 경유하지 않고, 직접 제1지지부(110) 및 방열부(140)에 형성될 수도 있다. 또한, 경우에 따라, 제1,2전극(113,143)은 제1,2솔더(114,144)를 통하여 제1,2열전 소자(121,122)에 부착된 후, 이어서 상술한 제1,2접착제(112,142)에 접착될 수 있다.These first and second electrodes 113 and 143 are an electroless plating method, an electroplating method, an RF sputtering method, a physical vapor deposition method, a plasma enhanced physical vapor deposition method, a low pressure chemical vapor deposition method, an atmospheric pressure chemical vapor deposition method, or a metal organic chemical vapor deposition method. It can be formed as In addition, the first and second electrodes 113 and 143 may be formed by the above-described method and then adhered to the first adhesive 112, respectively. In addition, in some cases, the first and second electrodes 113 and 143 may be formed directly on the first support unit 110 and the heat dissipation unit 140 without passing through the first adhesive 112. In addition, in some cases, the first and second electrodes 113 and 143 are attached to the first and second thermoelectric elements 121 and 122 through the first and second solders 114 and 144, and then the first and second adhesives 112 and 142 described above. Can be adhered to.

한편, 제1열전 소자(121)는 P형의 반도체이고, 제2열전 소자(122)는 N형의 반도체 일 수 있다. 따라서, 제1,2전극(113,143)을 통하여 제1,2열전 소자(121,122) 즉, P형 반도체 및 N형 반도체가 직렬로 연결될 수 있다. 물론, 제1,2전극(113,143) 역시 제1열전 소자(121) 또는 제2열전 소자(122)를 통하여 대략 직렬로 연결된 형태를 한다.Meanwhile, the first thermoelectric element 121 may be a P-type semiconductor, and the second thermoelectric element 122 may be an N-type semiconductor. Accordingly, the first and second thermoelectric elements 121 and 122, that is, the P-type semiconductor and the N-type semiconductor, may be connected in series through the first and second electrodes 113 and 143. Of course, the first and second electrodes 113 and 143 are also substantially connected in series through the first thermoelectric element 121 or the second thermoelectric element 122.

제1,2열전 소자(121,122)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 모두 비스무트(Bi), 텔루륨(Te), 안티몬(Sb), 및 셀레늄(Se) 중 적어도 2종류의 원소를 주성분으로 하는 비스무트-텔루륨(Bi-Te)계의 로 구성될 수 있다.The first and second thermoelectric elements 121 and 122 are, for example, but not limited to, all of which are mainly composed of at least two elements of bismuth (Bi), tellurium (Te), antimony (Sb), and selenium (Se). It may be composed of bismuth-tellurium (Bi-Te)-based.

예를 들면, 제1열전 소자(121)는 비스무트(Bi), 텔루륨(Te) 및 안티몬(Sb)을 포함하는 P형 반도체로 구성될 수 있고, 제2열전 소자(122)는 비스무트(Bi), 텔루륨(Te) 및 셀레늄(Se)을 포함하는 N형 반도체로 구성될 수 있다. 특히, 고온측 열교환기의 온도가 최고 250℃ 내지 280℃가 되는 온도 환경에 있어서는 비스무트-텔루륨(Bi-Te)계의 P형 반도체가 적합하다.For example, the first thermoelectric element 121 may be formed of a P-type semiconductor including bismuth (Bi), tellurium (Te), and antimony (Sb), and the second thermoelectric element 122 may be formed of bismuth (Bi). ), tellurium (Te), and selenium (Se). In particular, a bismuth-tellurium (Bi-Te) P-type semiconductor is suitable in a temperature environment in which the temperature of the high-temperature heat exchanger reaches a maximum of 250°C to 280°C.

제1,2솔더(114,144)는 각각 납(Pb) 및 주석(Sn)을 주성분으로 하여 그들 비율이 PbxSn(1-x)(x≥0.85)로 나타내어지는 조성을 가질 수 있다. 그러한 조성을 갖는 제1,2솔더(114,144)를 사용함으로써 고온에서의 사용에 견디는 열전 소자 모듈(100)을 제공할 수 있음과 아울러, 주석(Sn)의 함유량이 적음으로써, 제1,2전극(113,143)과 주석의 반응 또는 합금화가 억제되어서 각 층의 박리를 방지할 수 있다. 또한, 주석의 함유 비율은 무한하게 0에 가까워도 좋다(x＜1). 제1,2솔더(114,144)가 납을 85% 이상 함유하고 있을 경우에는 제1,2솔더(114,144)의 융점이 대략 260℃ 이상이 되므로 대략 260℃의 고온에서도 제1,2솔더(114,144)가 용융되지 않아 제1,2열전 소자(121,122)와 제1전극(113), 및 제1,2열전 소자(121,122)와 제2전극(143)을 양호하게 접합할 수 있다. 또한, 납의 함유율을 90% 이상으로 하면 제1,2솔더(114,144)의 융점은 대략 275℃ 이상이 되고, 납의 함유율을 95% 이상으로 하면 땜납의 융점은 305℃ 이상이 되며, 납의 함유율을 98% 이상으로 하면 제1,2솔더(114,144)의 융점은 317℃ 이상이 된다.The first and second solders 114 and 144 may have a composition in which lead (Pb) and tin (Sn) are respectively used as main components, and their ratio is PbxSn(1-x) (x≥0.85). By using the first and second solders 114 and 144 having such a composition, it is possible to provide a thermoelectric device module 100 that withstands high temperature use, and the content of tin (Sn) is small, so that the first and second electrodes ( 113,143) and tin reaction or alloying can be suppressed to prevent peeling of each layer. Further, the content ratio of tin may be infinitely close to 0 (x<1). When the first and second solders 114 and 144 contain 85% or more of lead, the melting point of the first and second solders 114 and 144 is approximately 260° C. or higher. Even at a high temperature of approximately 260° C., the first and second solders 114 and 144 Is not melted, so that the first and second thermoelectric elements 121 and 122 and the first electrode 113 and the first and second thermoelectric elements 121 and 122 and the second electrode 143 can be well bonded. In addition, when the content of lead is 90% or more, the melting points of the first and second solders 114 and 144 are approximately 275°C or more, and when the content of lead is 95% or more, the melting point of the solder is 305°C or more, and the content of lead is 98 When it is more than %, the melting points of the first and second solders 114 and 144 become 317°C or more.

제1,2솔더(114,144)는 내측에 혼입된 입자를 더 포함해도 좋다. 입자로서는, 예를 들면, 구리볼을 사용할 수 있다. 입자의 재료로서 구리를 사용함으로써 대략 260℃~317℃의 고온에서도 입자가 용융해서 소실되지 않고, 또한 전기 저항이 낮으므로 제1,2열전 소자(121,122)와 제1,2전극(113,143) 사이에서 전류를 효율 좋게 흘릴 수 있다. 또한, 구리볼의 표면에 금이 코팅되어 있어도 좋다. 제1,2열전 소자(121,122)와 제1,2전극(113,143)을 접합하는 접합층 중의 제1,2솔더(114,144)에 구리볼을 함유시킴으로써 구리볼이 간극 유지재로서 기능하므로 제1,2열전 소자(121,122)와 제1,2전극(113,143)을 한번에 접합하는 경우에도 열전 소자 모듈(100)의 높이가 일정해져 충분한 접합 강도를 확보할 수 있다. 또한, 압력이 작용하는 상태에서의 제1,2솔더(114,144)의 접합이나 고온 환경 하에서의 사용에 있어서도 구리볼에 의해 제1,2솔더(114,144)의 두께가 유지되므로 제1,2솔더(114,144)의 돌출을 방지할 수 있고, 돌출된 제1,2솔더(114,144)와 제1,2열전 소자(121,122)의 반응에 기인하는 파괴 등을 방지할 수 있다.The first and second solders 114 and 144 may further include particles incorporated therein. As the particles, for example, copper balls can be used. By using copper as the material of the particles, the particles do not melt and disappear even at a high temperature of about 260°C to 317°C, and since the electrical resistance is low, between the first and second thermoelectric elements 121 and 122 and the first and second electrodes 113 and 143 Current can flow efficiently. Further, the surface of the copper ball may be coated with gold. The first and second solders 114 and 144 in the bonding layer bonding the first and second thermoelectric elements 121 and 122 and the first and second electrodes 113 and 143 contain copper balls, so that the copper balls function as a gap holding material. Even when the two thermoelectric elements 121 and 122 and the first and second electrodes 113 and 143 are joined at one time, the height of the thermoelectric element module 100 becomes constant, so that sufficient bonding strength can be secured. In addition, the thickness of the first and second solders 114 and 144 is maintained by copper balls even when the first and second solders 114 and 144 are bonded under pressure or used in a high-temperature environment. ) Can be prevented from protruding, and destruction due to a reaction between the protruding first and second solders 114 and 144 and the first and second thermoelectric elements 121 and 122 can be prevented.

도 8에서 미설명 부호 131은 제2지지부(130)의 사이에 형성된 갭 또는 스페이스로서, 이러한 갭 또는 스페이스에 열전 소자(121 또는 122)가 위치될 수 있다.In FIG. 8, reference numeral 131 denotes a gap or space formed between the second support portions 130, and the thermoelectric element 121 or 122 may be positioned in the gap or space.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 모듈(100)의 응용예를 도시한 사시도이다.9 is a perspective view showing an application example of the thermoelectric device module 100 according to an embodiment of the present invention.

도 9에 도시된 바와 같이, 원형 파이프 형태로 형성된 열전 소자 모듈(100)에 열전달 매체가 흐르는 매체 파이프(150)가 결합됨으로써, 열전 소자 모듈(100)은 열전 발전 및/또는 열전 냉각/가열 용도로 사용될 때, 그 효율이 상당히 향상된다. 상술한 바와 같이, 제2지지부(130)의 양끝단에 지퍼나 벨크로 시트가 구비될 수 있는데, 이러한 지퍼나 벨크로 시트에 의해 열전 소자 모듈(100)이 매체 파이프(150)에 결합될 수 있다.As shown in FIG. 9, by coupling the medium pipe 150 through which the heat transfer medium flows to the thermoelectric element module 100 formed in a circular pipe shape, the thermoelectric element module 100 is used for thermoelectric power generation and/or thermoelectric cooling/heating. When used as, its efficiency is significantly improved. As described above, zippers or Velcro sheets may be provided at both ends of the second support unit 130, and the thermoelectric element module 100 may be coupled to the media pipe 150 by such zippers or Velcro sheets.

도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 모듈(100)의 전기적 연결 상태를 도시한 회로도이다.10A and 10B are circuit diagrams illustrating an electrical connection state of the thermoelectric device module 100 according to an embodiment of the present invention.

도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 열전 소자 모듈(100)은 길이 방향을 따라 제1,2열전 소자(121,122)(P형 반도체 및 N형 반도체)가 교호하며 배열됨으로써 일렬로 된 일측 어레이(120A)를 이루고, 또한 그 일측에 제2,1열전 소자(122,121)(N형 반도체 및 P형 반도체)가 교호하며 배열됨으로써 일렬로 된 타측 어레이(120B)를 이룬다. 또한, 이러한 어레이(120A,120B)는 열전 소자 모듈(100)의 원주 방향을 따라 다수개가 구비됨으로써, 결국 원주 방향을 따라 제1,2열전 소자(121,122)(P형 반도체 및 N형 반도체)가 교호하며 배열될 수 있다.As shown in FIGS. 10A and 10B, the thermoelectric device module 100 is a one-sided array in a row by alternately arranging the first and second thermoelectric elements 121 and 122 (P-type semiconductor and N-type semiconductor) along the length direction. The second and first thermoelectric elements 122 and 121 (N-type semiconductors and P-type semiconductors) are alternately arranged on one side of 120A, thereby forming the other side array 120B in a row. In addition, since a plurality of such arrays 120A and 120B are provided along the circumferential direction of the thermoelectric element module 100, the first and second thermoelectric elements 121 and 122 (P-type semiconductor and N-type semiconductor) are eventually formed along the circumferential direction. They can be arranged alternately.

더불어, 상호간 인접한 일측 어레이(120A) 및 타측 어레이(120B)의 사이에 직렬 연결을 위한 릴레이(RY1, RY2, RY3, RY4)가 구비될 수 있고, 또한 일측 어레이(120A) 및/또는 타측 어레이(120B)의 일단 및/또는 타단에 병렬 연결을 위한 릴레이(RY11, RY12, RY13, RY14, RY15, RY16, RY17, RY18)가 구비되며, 일측 어레이(120A)의 입력단에 제1단자(P1)가 연결되고, 타측 어레이(120B)의 출력단에 제2단자(P2)가 연결될 수 있다. In addition, relays (RY1, RY2, RY3, RY4) for serial connection may be provided between the adjacent one side array 120A and the other side array 120B, and also one side array 120A and/or the other side array ( 120B) is provided with relays (RY11, RY12, RY13, RY14, RY15, RY16, RY17, RY18) for parallel connection at one end and/or the other end, and a first terminal (P1) is provided at the input terminal of the array 120A on one side. It is connected, and the second terminal P2 may be connected to the output terminal of the other side array 120B.

더욱이, 릴레이(RY13, RY14, RY17, RY18)는 모두 제1단자(P1)에 연결되고, 릴레이(RY11, RY12, RY15, RY16)는 모두 제2단자(P2)에 연결될 수 있다.Furthermore, the relays RY13, RY14, RY17, and RY18 are all connected to the first terminal P1, and the relays RY11, RY12, RY15, and RY16 may all be connected to the second terminal P2.

이러한 구성에 의해, 열전 소자 모듈(100)의 전압이 미리 정해진 기준 전압보다 작을 경우 릴레이(RY1, RY2, RY3, RY4)가 턴온되고, 릴레이(RY11, RY12, RY13, RY14, RY15, RY16, RY17, RY18)가 턴오프됨으로써, 결국 일측 어레이(120A)와 타측 어레이(120B)가 모두 상호간 직렬로 연결되고, 이에 따라 제1,2단자(P1,P2)를 통해 소정 직렬 전압이 출력될 수 있다.With this configuration, when the voltage of the thermoelectric element module 100 is less than a predetermined reference voltage, the relays RY1, RY2, RY3, RY4 are turned on, and the relays RY11, RY12, RY13, RY14, RY15, RY16, RY17 , RY18 is turned off, so that both the one side array 120A and the other side array 120B are connected in series with each other, and accordingly, a predetermined series voltage may be output through the first and second terminals P1 and P2. .

또한, 열전 소자 모듈(100)의 전압이 미리 정해진 기준 전압보다 클 경우 릴레이(RY1, RY2, RY3, RY4)가 턴오프되고, 릴레이(RY11, RY12, RY13, RY14, RY15, RY16, RY17, RY18)가 턴온됨으로써, 결국 일측 어레이(120A)와 타측 어레이(120B)가 모두 상호간 병렬로 연결되고, 이에 따라 제1,2단자(P1,P2)를 통해 소정 병렬 전압이 출력될 수 있다.In addition, when the voltage of the thermoelectric element module 100 is greater than a predetermined reference voltage, the relays RY1, RY2, RY3, RY4 are turned off, and the relays RY11, RY12, RY13, RY14, RY15, RY16, RY17, RY18 ) Is turned on, eventually both the one side array 120A and the other side array 120B are connected in parallel to each other, and accordingly, a predetermined parallel voltage may be output through the first and second terminals P1 and P2.

특히, 이를 위해, 도 10b에 도시된 바와 같이, 제1단자(P1)와 접지 단자 사이에 분압 저항(R1,R2)이 더 연결되고, 분압 저항(R1,R2) 사이의 노드가 비교기의 비반전 단자(+)에 연결되고, 기준 전압원과 접지 단자 사이에 구비된 분압 저항(R3,R4)의 노드가 비교기의 반전 단자(-)에 연결될 수 있다. 더불어, 비교기의 출력 단자가 RS 플립플롭의 R단자에 접속되고, 비교기의 출력 단자가 인버터를 경유하여 RS 플립플롭의 S단자에 접속될 수 있다. 또한, RS 플립플롭의 Q단자를 통하여 하이 신호가 출력되면 릴레이(RY1, RY2, RY3, RY4)가 턴온되고, RE 플립플롭의 인버팅 Q단자를 통하여 하이 신호가 출력되면 릴레이(RY11, RY12, RY13, RY14, RY15, RY16, RY17, RY18)가 턴온된다.In particular, for this purpose, as shown in FIG. 10B, the voltage divider resistors R1 and R2 are further connected between the first terminal P1 and the ground terminal, and the node between the voltage divider resistors R1 and R2 is the ratio of the comparator. Nodes of the voltage dividing resistors R3 and R4 connected to the inverting terminal (+) and provided between the reference voltage source and the ground terminal may be connected to the inverting terminal (-) of the comparator. In addition, the output terminal of the comparator may be connected to the R terminal of the RS flip-flop, and the output terminal of the comparator may be connected to the S terminal of the RS flip-flop via an inverter. In addition, when a high signal is output through the Q terminal of the RS flip-flop, the relays (RY1, RY2, RY3, RY4) are turned on, and when a high signal is output through the inverting Q terminal of the RE flip-flop, the relays (RY11, RY12, RY13, RY14, RY15, RY16, RY17, RY18) are turned on.

이와 같이 하여, 제1단자(P1)와 제2단자(P2)(또는 접지 단자) 사이의 전압이 기준 전압보다 낮으면 비교기의 출력 단자를 통하여 로우 신호가 출력되고, 이에 따라 RS 플립 플롭의 R단자에는 로우 신호(0)가 입력되고, RS 플립 플롭의 S단자에는 하이 신호(1)가 입력되므로, RS 플립 플롭의 Q단자를 통하여 하이 신호가 출력되고, 인버팅 Q단자를 통하여 로우 신호가 출력되며, 이에 따라 릴레이(RY1, RY2, RY3, RY4)가 턴온되고, 릴레이(RY11, RY12, RY13, RY14, RY15, RY16, RY17, RY18)가 턴오프되어, 결국 일측 어레이(120A)와 타측 어레이(120B)가 모두 상호간 직렬로 연결된다.In this way, when the voltage between the first terminal P1 and the second terminal P2 (or the ground terminal) is lower than the reference voltage, a low signal is output through the output terminal of the comparator, and accordingly, R of the RS flip-flop Since the low signal (0) is input to the terminal and the high signal (1) is input to the S terminal of the RS flip-flop, a high signal is output through the Q terminal of the RS flip-flop, and a low signal is transmitted through the inverting Q terminal. Output, and accordingly, the relays (RY1, RY2, RY3, RY4) are turned on, and the relays (RY11, RY12, RY13, RY14, RY15, RY16, RY17, RY18) are turned off. Eventually, one side array 120A and the other side All of the arrays 120B are connected in series to each other.

또한, 반대로 제1단자(P1)와 제2단자(P2)(또는 접지 단자) 사이의 전압이 기준 전압보다 높으면 비교기의 출력 단자를 통하여 하이 신호가 출력되고, 이에 따라 RS 플립 플롭의 R단자에는 하이 신호(1)가 입력되고, RS 플립 플롭의 S단자에는 로우 신호(0)가 입력되므로, RS 플립 플롭의 Q단자를 통하여 로우 신호가 출력되고, 인버팅 Q단자를 통하여 하이 신호가 출력되며, 이에 따라 릴레이(RY1, RY2, RY3, RY4)가 턴오프되고, 릴레이(RY11, RY12, RY13, RY14, RY15, RY16, RY17, RY18)가 턴온되어 결국 일측 어레이(120A)와 타측 어레이(120B)가 모두 상호간 병렬로 연결된다.In addition, if the voltage between the first terminal (P1) and the second terminal (P2) (or the ground terminal) is higher than the reference voltage, a high signal is output through the output terminal of the comparator, and accordingly, the R terminal of the RS flip-flop Since the high signal (1) is input and the low signal (0) is input to the S terminal of the RS flip-flop, a low signal is output through the Q terminal of the RS flip-flop, and a high signal is output through the inverting Q terminal. , Accordingly, the relays (RY1, RY2, RY3, RY4) are turned off, and the relays (RY11, RY12, RY13, RY14, RY15, RY16, RY17, RY18) are turned on. Eventually, one array 120A and the other array 120B ) Are all connected in parallel.

이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 모듈(100)은 동일한 곡률 중심을 따라 원주 방향 및 길이 방향으로 열전 소자(121,122)가 배열됨으로써, 최소 공간에 최대 갯수의 열전 소자를 구비할 수 있고, 또한 길이를 갖는 관 형태로 구비하여, 열전 냉각, 열전 가열 및 열전 발전을 고효율로 수행할 수 있도록 한다.In this way, the thermoelectric element module 100 according to the embodiment of the present invention has the thermoelectric elements 121 and 122 arranged along the same center of curvature in the circumferential direction and the length direction, so that the maximum number of thermoelectric elements can be provided in the minimum space. In addition, it is provided in the form of a tube having a length, so that thermoelectric cooling, thermoelectric heating, and thermoelectric power generation can be performed with high efficiency.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 모듈(100)은 전압이 상대적으로 낮을 때 다수의 열전 소자(121,122)를 용이하게 직렬로 연결할 수 있고, 전압이 상대적으로 높을 때 다수의 열전 소자(121,122)를 용이하게 병렬로 연결할 수 있어, 전압 조정이 용이하도록 한다.In addition, the thermoelectric element module 100 according to an embodiment of the present invention can easily connect a plurality of thermoelectric elements 121 and 122 in series when the voltage is relatively low, and when the voltage is relatively high, the plurality of thermoelectric elements 121 and 122 ) Can be easily connected in parallel, making voltage adjustment easy.

도 11a와 도 11b는 현재까지 개발된 N형과 P형 열전재료들의 온도에 따른 열전성능을 보여주는 그래프이다.11A and 11B are graphs showing thermoelectric performance according to temperature of N-type and P-type thermoelectric materials developed so far.

도 11a와 도 11b를 참조하면, 열원의 온도에 따라 반도체 의 성능지수(ZT)가 변화하는 것을 볼 수 있으며, 특히 특정 온도에서 높은 값을 가지며 그 온도를 벗어나면 열전 성능이 감소함을 알 수 있다. 따라서, 사용하려는 온도 대역에 적합한 반도체 를 합성하거나 상용의 원료분말 혹은 잉곳(ingot)을 구입하여 P형 열전 반도체 재료와 N형 열전 반도체 재료를 제조하도록 한다.Referring to FIGS. 11A and 11B, it can be seen that the performance index (ZT) of the semiconductor changes according to the temperature of the heat source, and in particular, it has a high value at a specific temperature and the thermoelectric performance decreases when the temperature is exceeded. have. Therefore, a semiconductor suitable for the temperature band to be used is synthesized or a commercial raw material powder or ingot is purchased to manufacture a P-type thermoelectric semiconductor material and an N-type thermoelectric semiconductor material.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 열전 소자 모듈을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is only one embodiment for implementing the thermoelectric element module according to the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the subject matter of the present invention is as claimed in the following claims. Without departing from it, anyone of ordinary skill in the field to which the present invention pertains will have the technical spirit of the present invention to the extent that various changes can be implemented.

100; 열전 소자 모듈
110; 제1지지부 111; 제1안착 요홈
112; 제1접착제 113; 제1전극
114; 제1솔더 121; 제1열전 소자
122; 제2열전 소자 120A; 일측 어레이
120B; 타측 어레이 130; 제2지지부
131A; 제1지지대 131B; 제2지지대
140; 방열부 141; 제2안착 요홈
142; 제2접착제 143; 제2전극
144; 제2솔더 145; 방열핀
150; 매체 파이프100; Thermoelectric module
110; First support 111; 1st seating groove
112; First adhesive 113; First electrode
114; First solder 121; First thermoelectric element
122; Second thermoelectric element 120A; One-sided array
120B; The other side array 130; 2nd support
131A; First support 131B; 2nd support
140; Radiating part 141; 2nd seating groove
142; Second adhesive 143; Second electrode
144; Second solder 145; Radiating fin
150; Medium pipe

Claims (10)

열전 소자 모듈에 있어서,
원주 및 길이를 갖는 원통 형태의 제1지지부;
상기 제1지지부의 외경면에 원주 방향 및 길이 방향을 따라 배열된 다수의 제1열전 소자;
상기 제1지지부의 외경면에 원주 방향 및 길이 방향을 따라 배열된 다수의 제2열전 소자;
상기 제1,2열전 소자를 지지하는 원통 형태의 제2지지부; 및
상기 제1,2열전 소자 및 상기 제2지지부의 외측에 방사상으로 부착된 다수의 방열부를 포함하고,
상기 제1,2열전 소자는 상기 제1지지부의 원주 방향 및 길이 방향을 따라 교호적으로 배열되고,
상기 제1지지부 및 방열부의 사이에서 길이 방향을 따라 교호적으로 배열된 제1,2열전 소자의 일측 어레이와, 상기 제1,2열전 소자의 일측 어레이에 인접하는 제1,2열전 소자의 타측 어레이와, 상기 일측 어레이와 상기 타측 어레이를 직렬 연결하기 위한 직렬 연결용 릴레이와, 상기 일측 어레이와 상기 타측 어레이를 병렬 연결하기 위한 병렬 연결용 릴레이와,
상기 열전 소자 모듈의 전압을 기준 전압과 비교하여, 상기 열전 소자 모듈의 전압이 기준 전압보다 작을 경우 로우 신호를 출력하고 상기 열전 소자 모듈의 전압이 기준 전압보다 클 경우 하이 신호를 출력하는 비교기와,
상기 비교기로부터 로우 신호를 입력받을 경우 상기 직렬 연결용 릴레이를 턴온하고 상기 병렬 연결용 릴레이를 턴오프하며, 상기 비교기로부터 하이 신호를 입력받을 경우 상기 직렬 연결용 릴레이를 턴오프하고 상기 병렬 연결용 릴레이를 턴온하는 RS 플립 플롭을 더 포함하며,
상기 제1지지부는 상기 제1지지부의 외경면에 원주 방향 및 길이 방향을 따라 형성된 다수의 제1안착 요홈; 상기 제1안착 요홈에 접착된 제1접착제; 및 상기 제1접착제에 형성된 제1전극을 포함하고, 상기 제1전극에 상기 제1열전 소자 및 상기 제2열전 소자가 직렬로 접속되거나, 또는 상기 제1전극에 상기 제1열전 소자 또는 상기 제2열전 소자가 접속되며,
상기 방열부는 상기 방열부의 내경면에 원주 방향 및 길이 방향을 따라 형성된 다수의 제2안착 요홈; 상기 제2안착 요홈에 접착된 제2접착제; 및 상기 제2접착제에 형성된 제2전극을 포함하고, 상기 제2전극에 상기 제1열전 소자 및 상기 제2열전 소자가 직렬로 접속되거나, 또는 상기 제2전극에 상기 제1열전 소자 또는 상기 제2열전 소자가 접속되고,
상기 제1,2접착제는 졸겔(sol-gel) 방식으로 제조된 초내열 무기 바인더와 초전도성 그래핀 소재로 융복합된 무기 방열 코팅재이며, 상기 제1,2접착제는 10 ㎛ 내지 50 ㎛의 두께를 갖고, 200 W/m.k 내지 400 W/m.k의 열전도성을 가지며, 3.55 X 10-1 S/m의 전기 전도성을 갖고, 2,000 ℃의 내열성을 갖고,
상기 제2지지부는 상기 제1지지부의 외측으로서 상기 제1,2열전 소자의 사이에 개재되어 있되, 상기 제2지지부는 상기 제1지지부의 외경면에 상기 원주 방향을 따라 상기 제1,2열전 소자의 사이에 형성된 다수의 원주 방향 지지대; 및 상기 제1지지부의 외경면에 상기 길이 방향을 따라 상기 제1,2열전 소자의 사이에 형성된 다수의 길이 방향 지지대를 포함하며, 상기 제2지지부는 한쌍이 구비되어 상기 제1지지부를 감싸되, 상기 한쌍의 제2지지부중 하나는 지퍼 숫놈 구조를 갖고 상기 한쌍의 제2지지부중 나머지 하나는 지퍼 암놈 구조를 가짐으로써, 상기 한쌍의 제2지지부가 상기 지퍼 숫놈 구조 및 상기 지퍼 암놈 구조에 의해 상호간 결합되는 것을 특징으로 하는 열전 소자 모듈.In the thermoelectric element module,
A first support portion in the form of a cylinder having a circumference and a length;
A plurality of first thermoelectric elements arranged along a circumferential direction and a length direction on an outer diameter surface of the first support portion;
A plurality of second thermoelectric elements arranged along a circumferential direction and a length direction on an outer diameter surface of the first support portion;
A second support portion having a cylindrical shape for supporting the first and second thermoelectric elements; And
And a plurality of radiating portions radially attached to the outside of the first and second thermoelectric elements and the second support,
The first and second thermoelectric elements are alternately arranged along a circumferential direction and a length direction of the first support,
One side array of first and second thermoelectric elements alternately arranged in the longitudinal direction between the first support and the heat dissipation unit, and the other side of the first and second thermoelectric elements adjacent to one side array of the first and second thermoelectric elements An array, a serial connection relay for serially connecting the one array and the other array, a parallel connection relay for parallel connection between the one array and the other array,
A comparator for comparing the voltage of the thermoelectric element module with a reference voltage, outputting a low signal when the voltage of the thermoelectric element module is less than a reference voltage and outputting a high signal when the voltage of the thermoelectric element module is greater than a reference voltage,
When a low signal is input from the comparator, the serial connection relay is turned on and the parallel connection relay is turned off, and when a high signal is input from the comparator, the serial connection relay is turned off and the parallel connection relay Further comprising an RS flip-flop to turn on,
The first support portion includes a plurality of first seating grooves formed along the circumferential direction and the length direction on the outer diameter surface of the first support portion; A first adhesive bonded to the first seating groove; And a first electrode formed on the first adhesive, wherein the first thermoelectric element and the second thermoelectric element are connected in series to the first electrode, or the first thermoelectric element or the first electrode is connected to the first electrode. 2 thermoelectric elements are connected,
The heat dissipation part includes a plurality of second seating grooves formed along the circumferential direction and the length direction on the inner diameter surface of the heat dissipation part; A second adhesive bonded to the second seating groove; And a second electrode formed on the second adhesive, wherein the first thermoelectric element and the second thermoelectric element are connected in series to the second electrode, or the first thermoelectric element or the second electrode is connected to the second electrode. 2 thermoelectric elements are connected,
The first and second adhesives are inorganic heat-dissipating coating materials fused with a super-heat-resistant inorganic binder and a superconducting graphene material prepared in a sol-gel method, and the first and second adhesives have a thickness of 10 μm to 50 μm. And has a thermal conductivity of 200 W/mk to 400 W/mk, an electrical conductivity of 3.55 X 10 -1 S/m, and a heat resistance of 2,000° C.,
The second support portion is an outer side of the first support portion and is interposed between the first and second thermoelectric elements, and the second support portion is disposed on the outer diameter surface of the first support portion along the circumferential direction. A plurality of circumferential supports formed between the elements; And a plurality of longitudinal supports formed between the first and second thermoelectric elements along the longitudinal direction on an outer diameter surface of the first support, wherein a pair of the second support parts are provided to surround the first support part. , One of the pair of second support portions has a zipper male structure and the other of the pair of second support portions has a zipper female structure, so that the pair of second support portions are formed by the zipper male structure and the zipper female structure. Thermoelectric device module, characterized in that coupled to each other. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제1,2열전 소자의 횡단면에 대한 내경면 및 외경면은 원호 형태이며, 상기 제1,2열전 소자의 내경면 및 외경면의 곡률 중심은 동일하고, 상기 제1,2열전 소자의 내경면의 곡률 반경이 상기 제1,2열전 소자의 외경면의 곡률 반경보다 작은 것을 특징으로 하는 열전 소자 모듈.The method of claim 1,
The inner and outer surfaces of the first and second thermoelectric elements have an arc shape, and the centers of curvature of the inner and outer surfaces of the first and second thermoelectric elements are the same, and the inner diameters of the first and second thermoelectric elements The thermoelectric element module, wherein a radius of curvature of a surface is smaller than a radius of curvature of an outer diameter surface of the first and second thermoelectric elements. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제1지지부 또는 상기 제2지지부는 엔지니어링 플라스틱, 테프론, 세라믹, 실리콘 고무 또는 금속으로 형성된 것을 특징으로 하는 열전 소자 모듈.The method of claim 1,
The thermoelectric device module, wherein the first support part or the second support part is formed of engineering plastic, Teflon, ceramic, silicon rubber, or metal. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제1,2접착제는 바인더에 알루미늄, 마그네슘, 구리, 니켈, 은, 보론나이트라이드, 알루미늄나이트라이드, 알루미늄옥사이드, 알루미늄카본, 베릴륨옥사이드, 다이아몬드, 카본 파이버, 그래파이트, 카본 나노 튜브, 그래핀, 금속이 코팅된 폴리머 비즈, 세라믹이 코팅된 탄소 비즈 중 적어도 하나가 첨가된 것을 특징으로 하는 열전 소자 모듈.

The method of claim 1,
The first and second adhesives are aluminum, magnesium, copper, nickel, silver, boron nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, aluminum carbon, beryllium oxide, diamond, carbon fiber, graphite, carbon nanotube, graphene, Thermoelectric device module, characterized in that at least one of metal-coated polymer beads and ceramic-coated carbon beads are added.

삭제delete
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