KR102154007B1 - 열전 변환 모듈 - Google Patents

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Abstract

나란히 설치된 복수의 열전 변환 소자, 상기 열전 변환 소자의 일단에 접합되어, 인접하는 상기 열전 변환 소자의 일단끼리를 전기적으로 접속하는 제1 전극, 및 상기 열전 변환 소자의 타단에 접합되어, 인접하는 상기 열전 변환 소자의 타단끼리를 전기적으로 접속하는 제2 전극을 가지며, 상기 복수의 열전 변환 소자, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 적어도 1개의 직렬 접속체를 형성하고, 상기 직렬 접속체의 단부에는 가요성을 구비하는 제3 전극이 배설되어 있는 것.

Description

열전 변환 모듈
본 발명은 제벡 효과(Seebeck effect)에 의한 열전 발전을 수행하는 열전 변환 모듈에 관한 것이다.
열전 변환 모듈은 제벡 효과에 의해 열 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것이 가능한 열전 변환 소자로 구성되는 모듈이다. 이러한 에너지의 변환 성질을 이용함으로써, 산업·민생용 프로세스나 이동체에서 배출되는 배열(排熱)을 유효한 전력으로 변환할 수 있기 때문에, 환경 문제를 배려한 에너지 절약 기술로서 상기 열전 변환 모듈 및 이를 구성하는 열전 변환 소자가 주목받고 있다.
이러한 열전 변환 모듈은 일반적으로 복수개의 열전 변환 소자(p형 반도체 및 n형 반도체)를 전극으로 접합하여 구성된다. 이러한 열전 변환 모듈은 예를 들어 특허문헌 1에 개시되어 있다. 특허문헌 1에 개시되어 있는 열전 변환 모듈은 한 쌍의 기판과, 한쪽 단부가 상기 기판의 한쪽에 배치되는 제1 전극과 전기적으로 접속되며, 다른쪽 단부가 상기 기판의 다른쪽에 배치되는 제2 전극과 전기적으로 접속되는 복수의 열전 변환 소자와, 상기 열전 변환 소자에 전기적으로 접속되는 제1 전극을, 인접하는 열전 변환 소자에 전기적으로 접속되는 제2 전극에 전기적으로 접속하는 접속부를 구비하고 있다.
일본 공개특허공보 특개2013-115359호
그러나 특허문헌 1에 개시된 바와 같은 열전 변환 모듈의 구조에서는, 상기 열전 변환 모듈을 엔진의 배기부 등의 열원에 탑재하여 사용하는 경우, 엔진의 배기량의 증가에 수반하여 열량이 상승하면, 상기 열원에 접촉하는 기판이 열팽창에 의해 휨 혹은 만곡되는 경우가 있다. 이러한 기판의 휨 또는 만곡이 발생하면, 열전 변환 모듈의 인출용 단자 또는 상기 단자 근방(즉, 열전 변환 모듈의 시단(始端) 및 종단(終端))에 위치하는 전극 또는 접속부에 응력이 집중하여, 상기 단자가 열전 변환 소자로부터 박리되거나 혹은 상기 단자 근방에 위치하는 전극이 접속부로부터 박리되는 문제가 발생하고 있었다. 이러한 박리는 열전 변환 모듈에서의 내부 저항 및 전압의 변동으로 이어져, 신뢰성의 저하를 가져오게 된다.
본 발명은 이러한 과제에 비추어 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 사용 조건에 의존하지 않고 전극 등의 박리를 방지하여, 신뢰성이 우수한 열전 변환 모듈을 제공하는 것에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 열전 변환 모듈은, 나란히 설치된 복수의 열전 변환 소자; 상기 열전 변환 소자의 일단에 접합되어, 인접하는 상기 열전 변환 소자의 일단끼리를 전기적으로 접속하는 제1 전극; 및 상기 열전 변환 소자의 타단에 접합되어, 인접하는 상기 열전 변환 소자의 타단끼리를 전기적으로 접속하는 제2 전극을 가지며, 상기 복수의 열전 변환 소자, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 적어도 1개의 직렬 접속체를 형성하고, 상기 직렬 접속체의 단부에는 가요성을 구비하는 제3 전극이 배설되어 있다.
본 발명에 따른 열전 변환 모듈에 의하면, 사용 조건에 의존하지 않고 전극 등의 박리를 방지하여, 우수한 신뢰성을 실현할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 열전 변환 모듈의 사시도이다.
도 2는 실시예에 따른 열전 변환 모듈의 상면도이다.
도 3은 도 2에서의 선 III-III에 따른 절단부 단면도이다.
도 4는 실시예에 따른 열전 변환 모듈에 사용되는 전극의 측면도이다.
도 5는 소정 시험 중의 열전 변환 모듈에 관한 전압 변동을 나타낸 그래프이다.
도 6은 소정 시험 중의 비교예에 관한 전압 변동을 나타낸 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 의한 열전 변환 모듈의 실시 형태에 대해 실시예를 기초로 상세히 설명한다. 아울러, 본 발명이 이하에 설명하는 내용으로 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 변경하지 않는 범위에서 임의로 변경하여 실시하는 것이 가능하다. 또한, 실시예의 설명에 이용하는 도면은 모두 본 발명에 따른 열전 변환 모듈 또는 그 구성 부재를 모식적으로 나타내는 것으로, 이해를 돕기 위한 부분적인 강조, 확대, 축소, 또는 생략 등을 실시하고 있으며, 각 구성 부재의 축척이나 형상 등을 정확하게 나타내지 않는 경우가 있다. 또한, 실시예에서 이용하는 다양한 수치는 모두 일 예를 나타내는 것으로, 필요에 따라 다양하게 변경하는 것이 가능하다.
<실시예>
(열전 변환 모듈의 구조)
이하에서, 도 1 내지 도 3을 참조하면서, 본 실시예에 따른 열전 변환 모듈(1)의 구조에 대해 설명한다. 여기서, 도 1은 본 실시예에 따른 열전 변환 모듈(1)의 사시도이다. 또한, 도 2는 본 실시예에 따른 열전 변환 모듈(1)의 상면도이다. 또한, 도 3은 도 2에서의 선 III-III에 따른 절단부 단면도이다. 그리고 도 1에서의 일 방향을 X방향으로 정의하고, X방향에 직교하는 방향을 Y방향 및 Z방향으로 정의하는 동시에, 특히 열전 변환 모듈(1)의 높이 방향을 Z방향으로 정의한다.
도 1 내지 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에 따른 열전 변환 모듈(1)은 나란히 설치된 복수의 제1 열전 변환 소자(2a) 및 제2 열전 변환 소자(2b), 상기 제1 열전 변환 소자(2a) 및 제2 열전 변환 소자(2b)의 단부에 설치된 제1 전극(3a) 및 제2 전극(3b)을 가지고 있다. 또한, 본 실시예에 따른 열전 변환 모듈(1)은 열전 변환 모듈(1)의 X방향의 단부에 위치하는 제1 전극(3a)끼리를 접속하는 접속 전극(3c), 열전 변환 모듈(1)의 외부 접속 전극으로서 기능하는 인출 전극(3d)을 가지고 있다. 또한, 본 실시예에 따른 열전 변환 모듈(1)은 제1 전극(3a)을 피복하도록 설치된 제1 피복 부재(4), 상기 제1 열전 변환 소자(2a), 제2 열전 변환 소자(2b) 및 접속 전극(3c)을 피복하도록 설치된 제2 피복 부재(5), 제2 전극(3b)을 지지하도록 설치된 지지 기판(6)을 가지고 있다.
아울러, 접속 전극(3c) 중 어느 하나를 선택하여 설명하는 경우에는 접속 전극(3c1), 접속 전극(3c2), 접속 전극(3c3), 또는 접속 전극(3c4)으로 설명하고, 인출 전극(3d) 중 어느 하나를 선택하여 설명하는 경우에는 인출 전극(3d1) 또는 인출 전극(3d2)으로 설명한다.
본 실시예에 있어서, 제1 열전 변환 소자(2a)는 N형 반도체 재료로 구성되며, 제2 열전 변환 소자(2b)는 P형 반도체 재료로 구성되어 있다. 또한, 제1 열전 변환 소자(2a) 및 제2 열전 변환 소자(2b)는 교대로 및 매트릭스 형상(X방향으로 8개, Y방향으로 5개, 합계 40개)으로 배치되어 있다. 또한, 인접하는 제1 열전 변환 소자(2a) 및 제2 열전 변환 소자(2b)는 제1 전극(3a) 및 제2 전극(3b)을 통해 전기적으로 접속되어 있다. 그리고 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 있어서 제1 열전 변환 소자(2a) 및 제2 열전 변환 소자(2b)는 직경이 서로 다른 원기둥체가 연결된 형상을 가지고 있다. 보다 구체적으로는 도 3에 나타낸 바와 같이, 제1 열전 변환 소자(2a) 및 제2 열전 변환 소자(2b)는 직경이 큰 제1 원기둥부(11)(예를 들어, 직경 5mm)가 제1 전극(3a) 측에 위치하고, 직경이 작은 제2 원기둥부(12)(예를 들어, 직경 3mm)가 제2 전극(3b) 측에 위치하고 있다. 아울러, 제1 열전 변환 소자(2a) 및 제2 열전 변환 소자(2b)의 형상은 이러한 형상으로 한정되지 않으며, 예를 들어 원기둥 형상 또는 각기둥 형상일 수도 있다.
제1 전극(3a) 및 제2 전극(3b)은 동일한 형상(평판 형상)을 가지며, 예를 들어 구리판으로 형성되어 있다. 또한, 제1 전극(3a)은 X방향으로 5개, Y방향으로 5개(합계 25개) 나란히 설치되어 있다. 또한, X방향의 양단에 위치하는 제1 전극(3a)의 일단에는 제1 열전 변환 소자(2a) 또는 제2 열전 변환 소자(2b) 중 어느 하나만이 접속되고, 타단에는 접속 전극(3c) 또는 인출 전극(3d)이 접속되어 있다. 한편, 제2 전극(3b)은 X방향으로 4개, Y방향으로 5개(합계 20개) 나란히 설치되어 있다. 또한, 제2 전극(3b)의 일단에는 제1 열전 변환 소자(2a)가 접속되고, 타단에는 제2 열전 변환 소자(2b)가 접속되어 있다. 그리고 도 1 및 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 제1 전극(3a) 및 제2 전극(3b)은 Z방향에서 제1 열전 변환 소자(2a) 및 제2 열전 변환 소자(2b)를 사이에 두도록 배치되어 있다.
이러한 제1 열전 변환 소자(2a), 제2 열전 변환 소자(2b), 제1 전극(3a) 및 제2 전극(3b)의 배치 관계에 의해, 제1 열전 변환 소자(2a) 및 제2 열전 변환 소자(2b)가 직렬로 접속되게 된다. 특히, 본 실시예에서는 X방향으로 나란히 설치된 4개의 제1 열전 변환 소자(2a), 4개의 제2 열전 변환 소자(2b), 5개의 제1 전극(3a), 및 4개의 제2 전극(3b)으로, 1개의 직렬 접속체(13)가 형성되어 있다. 즉, 열전 변환 모듈(1)에는 합계 5개의 직렬 접속체(13)가 형성되어 있다. 또한, Y방향에서 인접하는 직렬 접속체(13)끼리는 각각의 일단끼리가 접속 전극(3c)을 통해 접속되어 있다. 아울러, 직렬 접속체(13) 중 어느 하나를 선택하여 설명하는 경우에는, 직렬 접속체(13a), 직렬 접속체(13b), 직렬 접속체(13c), 직렬 접속체(13d), 또는 직렬 접속체(13e)로서 설명한다.
여기서, 제1 전극(3a) 및 제2 전극(3b)은 구리판으로 한정되지 않고, 다른 도전성 재료(예를 들어, 알루미늄 등의 금속 재료)에 의해 형성될 수도 있다. 또한, 제1 전극(3a) 및 제2 전극(3b)의 수량, 형상은 상술한 내용으로 한정되지 않고, 제1 열전 변환 소자(2a) 및 제2 열전 변환 소자(2b)(즉, 기전력의 크기)에 따라 적절히 변경할 수 있다. 나아가서는, 제1 열전 변환 소자(2a) 및 제2 열전 변환 소자(2b)를 병렬로 접속하도록 제1 전극(3a) 및 제2 전극(3b)을 배설할 수도 있다.
접속 전극(3c) 및 인출 전극(3d)은 동일한 구조를 가지고 있다. 구체적으로는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 양 전극은 메쉬 형상 금속(21), 상기 메쉬 형상 금속(21)의 양단에 고착된 2개의 금속판(22)으로 구성되어 있다. 접속 전극(3c) 및 인출 전극(3d)은 양호한 가요성을 구비하는 메쉬 형상 금속(21)을 포함하기 때문에, 접속 전극(3c) 및 인출 전극(3d) 자체로도 가요성을 구비하게 된다. 여기서, 메쉬 형상 금속(21)의 개구율 및 개구 치수는 접속 전극(3c) 및 인출 전극(3d)에 우수한 가요성을 구비하게 할 수 있는 범위내에서 적절히 설정할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, 메쉬 형상 금속(21) 및 금속판(22)은 구리로 형성되어 있으나, 이들 재료는 구리로 한정되지 않고 다른 금속을 이용할 수 있다. 특히, 접속 전극(3c) 및 인출 전극(3d)의 양호한 가요성을 유지하면서, 우수한 전기 전도율도 유지할 수 있는 재료가 바람직하다. 또한, 접속 전극(3c) 및 인출 전극(3d)은 전극 자체가 양호한 가요성을 유지할 수 있다면, 메쉬 형상 금속(21)을 이용하지 않고 메쉬 형상과는 다른 구조의 금속 재료를 사용할 수도 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, -Y측에 위치하는 인출 전극(3d1)에 접속된 직렬 접속체(13a)의 타단(＋X측)에 접속 전극(3c1)이 접속되어 있으며, 상기 접속 전극(3c1)을 통해 하나의 Y측에 위치하는 직렬 접속체(13b)가 접속되게 된다. 또한, 직렬 접속체(13b)는 직렬 접속체(13a)와 접속한 단부와는 반대측(-X측)에서도 접속 전극(3c2)이 접속되어 있으며, 상기 다른 접속 전극(3c2)을 통해 하나의 Y측에 위치하는 직렬 접속체(13c)에 접속되게 된다. 또한, 유사한 접속 구성에 의해, 직렬 접속체(13c)와 직렬 접속체(13d)가 ＋X측에서 접속 전극(3c3)을 통해 접속되고, 직렬 접속체(13d)와 직렬 접속체(13e)가 -X측에서 접속 전극(3c4)을 통해 접속되어 있다. 그리고 직렬 접속체(13e)의 ＋X측에는 인출 전극(3d2)이 접속되어 있다.
이러한 직렬 접속체(13)와 접속 전극(3c)의 접속 관계에 의해, 열전 변환 모듈(1)에는 지그재그 형상의 하나의 직렬 접속 회로가 형성되게 된다. 그리고 상기 직렬 접속 회로의 양단에는 외부 접속용 인출 전극(3d)이 배치되어 있기 때문에, 열전 변환 모듈(1)에서 생긴 전력을 외부로 취출하는 것이 가능해진다. 아울러, 이러한 지그재그 형상의 하나의 직렬 접속 회로를 형성하기 때문에, 직렬 접속체(13a, 13c, 13e)와 직렬 접속체(13b, 13d)에서의 제1 열전 변환 소자(2a) 및 제2 열전 변환 소자(2b)의 배치 관계는 반대로 되어 있다.
도 1 및 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 제1 피복 부재(4)는 제1 전극(3a)이 매설되도록 제1 전극(3a)의 표면을 피복하고 있다. 또한, 제1 피복 부재(4)는 절연성을 구비하는 수지로 형성되되, 상기 수지에는 열전도성 재료로 기능하는 알루미늄, 구리 또는 질화알루미늄 등의 금속 재료가 혼합되어 있다. 이러한 구조에 의해, 제1 피복 부재(4)는 비교적 높은 열전도성을 구비하는 동시에, 제1 전극(3a) 주위의 전기적 절연 상태를 양호하게 유지한다.
또한, 도 1 및 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 제2 피복 부재(5)는 제1 열전 변환 소자(2a), 제2 열전 변환 소자(2b), 제2 전극(3b) 및 접속 전극(3c)이 매설되도록, 제1 열전 변환 소자(2a), 제2 열전 변환 소자(2b), 제2 전극(3b) 및 접속 전극(3c)을 피복하고 있다. 또한, 제2 피복 부재(5)는 절연성을 구비하는 수지로 형성되되, 상기 수지에는 단열 재료가 혼합되어 있다. 예를 들어, 제2 피복 부재(5)를 형성하는 단열 재료로는 글라스 울 등의 섬유계 단열재나 폴리스티렌 폼 등의 발포계 단열재를 이용할 수 있다.
이러한 구조에 의해, 제2 피복 부재(5)는 제1 피복 부재(4)보다 낮은 열전도성을 구비하여, 제1 열전 변환 소자(2a), 제2 열전 변환 소자(2b), 제2 전극(3b) 및 접속 전극(3c)에서의 방열을 억제하는 기능을 구비한다. 그리고 제2 피복 부재(5)는 제1 전극(3a) 및 제2 전극(3b) 간의 온도차를 크게 하는 동시에 그 온도차를 일정하게 유지하여, 보다 큰 기전력을 발생시킬 수 있다. 또한, 제2 피복 부재(5)는 제1 열전 변환 소자(2a), 제2 열전 변환 소자(2b), 제2 전극(3b) 및 접속 전극(3c) 주위의 전기적 절연 상태를 양호하게 유지한다.
또한, 제2 피복 부재(5)에 의해 제1 열전 변환 소자(2a), 제2 열전 변환 소자(2b), 제2 전극(3b) 및 접속 전극(3c)이 비교적 견고하게 유지되기 때문에, 열전 변환 모듈(1) 자체의 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 열전 변환 소자(2a) 및 제2 열전 변환 소자(2b)가 완전히 피복되어 있기 때문에, 제1 열전 변환 소자(2a) 및 제2 열전 변환 소자(2b)의 파손 및 오염 등을 방지할 수 있으며, 열전 변환 모듈(1) 자체의 열전 변환 효율 및 신뢰성의 저하를 억제할 수 있다. 그리고 제1 열전 변환 소자(2a) 및 제2 열전 변환 소자(2b)와 제1 전극(3a) 및 제2 전극(3b)의 접합 계면의 가장자리부가 노출되지 않기 때문에, 열전 변환 소자와 전극의 접합 강도를 향상시키는 동시에, 경년 변화에 수반하는 접합 강도의 저하를 억제할 수 있어, 접합 계면에서의 크랙의 발생을 방지할 수 있다.
아울러, 제2 피복 부재(5)는 제1 열전 변환 소자(2a) 및 제2 열전 변환 소자(2b)를 완전히 피복할 필요는 없으며, 그 일부분을 피복할 수도 있다. 이러한 경우에도, 제1 전극(3a)과 제2 전극(3b) 사이에 온도차를 발생시키면서 상기 온도차를 일정하게 유지할 수 있으며, 열전 변환 모듈(1) 자체의 강도를 향상시킬 수 있기 때문이다. 또한, 제2 피복 부재(5)는 제1 피복 부재(4)와 마찬가지로, 열전도성 재료로 기능하는 재료가 혼합될 수도 있다. 이러한 경우에도, 제2 피복 부재(5)는 제1 피복 부재(4)보다 낮은 열전도성을 구비할 필요가 있다. 또한, 본 실시예에서는 제1 피복 부재(4) 및 제2 피복 부재(5)의 주재료가 수지였지만, 세라믹 등의 재료를 이용할 수도 있다. 이러한 경우에도, 제2 전극(3b)을 피복하는 재료가 제1 전극(3a)을 피복하는 재료보다 낮은 열전도율을 구비할 필요가 있다.
그리고 도 1 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 지지 기판(6)은 제2 전극(3b)을 지지하도록 제2 전극(3b)과 접합하고 있다. 지지 기판(6)은 절연 재료로 구성되어 있으며, 예를 들어 유리 에폭시 기판 등의 일반적인 절연 기판을 이용할 수 있다.
(열전 변환 모듈의 제조 방법)
본 실시예에 따른 열전 변환 모듈(1)의 제조 방법으로는, 제조 장치를 구성하는 통전 가압 부재로 기능하는 2개의 펀치 사이에, 준비한 제1 열전 변환 소자(2a), 제2 열전 변환 소자(2b), 제1 전극(3a), 제2 전극(3b), 접속 전극(3c) 및 인출 전극(3d)을 배치한다. 그 후, 2개의 펀치를 제1 열전 변환 소자(2a), 제2 열전 변환 소자(2b), 제1 전극(3a), 제2 전극(3b), 접속 전극(3c) 및 인출 전극(3d)을 향해 가압하면서 전류를 공급한다. 이로써, 제1 열전 변환 소자(2a) 및 제2 열전 변환 소자(2b)와, 제1 전극(3a), 제2 전극(3b), 접속 전극(3c) 및 인출 전극(3d)이 확산 접합(플라즈마 접합)되어 복수의 제1 열전 변환 소자(2a) 및 제2 열전 변환 소자(2b)가 직렬로 접속되어, 5개의 직렬 접속체(13) 및 이들 직렬 접속체로 이루어지는 직렬 접속 회로가 형성된다. 이러한 통전 가압은 진공, 질소 가스, 또는 불활성 가스 분위기의 챔버내에서 수행된다.
그 다음, 접합한 상태의 제1 열전 변환 소자(2a), 제2 열전 변환 소자(2b), 제1 전극(3a), 제2 전극(3b), 접속 전극(3c) 및 인출 전극(3d)을 지지 기판(6) 위에 실장한다. 보다 구체적으로는, 지지 기판(6) 위에 형성된 금속 패턴 위에 제2 전극(3b)을 솔더 등의 접합 부재를 통해 접합하여, 제1 열전 변환 소자(2a), 제2 열전 변환 소자(2b), 제1 전극(3a), 제2 전극(3b), 접속 전극(3c) 및 인출 전극(3d)의 지지를 이룬다.
그 다음, 일반적인 인서트 형성에 의해 제2 피복 부재(5)를 형성하고, 그 후 유사한 인서트 형성에 의해 제1 피복 부재(4)를 형성한다. 이상의 공정을 거쳐, 열전 변환 모듈(1)이 완성된다.
(본 실시예와 비교예의 비교)
그 다음, 도 5 및 도 6을 참조하면서, 본 실시예에 따른 열전 변환 모듈(1)과, 비교품인 비교예에 따른 열전 변환 모듈(이하, 비교예라 칭함)에 대해 실시한 시험 및 그 결과에 대해 설명한다. 여기서, 본 실시예에 따른 열전 변환 모듈(1)과 비교예의 차이점은, 비교예에는 접속 전극(3c) 및 인출 전극(3d)에 상당하는 부재로서 비가요성의 판 형상 금속 전극이 사용되고 있는 것이다.
도 5는 소정 시험 중의 열전 변환 모듈(1)에 관한 전압 변동을 나타낸 그래프이고, 도 6은 소정 시험 중의 비교예에 관한 전압 변동을 나타낸 그래프이다. 아울러, 도 5 및 도 6에서, 세로축이 전압(임의 단위)이고, 가로축이 경과 시간(초)이다. 또한, 소정 시험이란, 열전 변환 모듈(1) 및 비교예를 열원인 범용 엔진(400cc·3700rpm)에 설치하여 내구성을 확인하는 시험이다. 또한, 상기 소정 시험에서는, 수냉 칠러(20℃ 설정, 유량: 4.5L/min)를 사용하여 냉각을 수행하고 있다.
도 5 및 도 6을 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에 따른 열전 변환 모듈(1)은 약 900초까지는 전압이 상승하지만, 900초 이후는 전압의 변동이 없고 안정적인 전압을 출력하고 있는 것을 알 수 있다. 한편, 비교예는 전압이 서서히 상승하지만, 전압의 변동이 안정되지 않고 약 2000초까지 큰 변동을 반복하고 있다. 이러한 차가 발생하는 이유로는, 본 실시예에 따른 열전 변환 모듈(1)에서는, 직렬 접속체(13)의 단부에 가요성을 구비하는 접속 전극(3c) 및 인출 전극(3d)이 배치되어 있기 때문에, 열전 변환 모듈(1)의 온도 상승에 수반하는 응력 집중이 발생했더라도 접속 전극(3c) 및 인출 전극(3d)이 제1 전극(3a)으로부터 박리되지 않기 때문이다. 한편, 비교예에서는, 직렬 접속체(13)의 단부에 비가요성의 판 형상 전극이 대신 배치되어 있기 때문에, 비교예의 온도 상승에 따라 상기 비가요성 전극이 제1 전극(3a)으로부터 박리되어, 전압이 안정되지 않고 그 변동이 큰 상태로 된다.
이상과 같이, 본 실시예에서는 직렬 접속체(13)의 단부에 가요성을 구비하는 접속 전극(3c) 및 인출 전극(3d)이 배설되어 있기 때문에, 열전 변환 모듈(1)의 온도 상승에 수반하는 응력 집중이 발생했더라도 접속 전극(3c) 및 인출 전극(3d)이 제1 전극(3a)으로부터 박리되지 않게 된다. 또한, 상술한 구조에 의해, 열전 변환 모듈(1)을 차량에 탑재한 경우에 엔진의 진동에 의한 전극 박리도 방지할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 열전 변환 모듈(1)은 사용 조건에 의존하지 않고 전극 등의 박리를 방지하여, 우수한 신뢰성을 실현할 수 있다.
아울러, 본 실시예에서는 복수의 직렬 접속체(13)를 형성했지만, 1개의 직렬 접속체(13)만을 형성하고, 그 양단에 인출 전극(3d)이 배치되어 있는 구조일 수도 있다. 이 경우에도, 열전 변환 모듈(1)의 양단에 생기는 응력에 수반하는 휨의 영향을 저감하여, 사용 조건에 의존하지 않고 인출 전극(3d)의 박리를 방지하여 우수한 신뢰성을 실현할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 제1 전극(3a) 및 제2 전극(3b)에 판 형상의 금속판을 사용했지만, 접속 전극(3c) 및 인출 전극(3d)과 같은 가요성의 전극을 사용할 수도 있다. 이와 같이 함으로써, 열전 변환 모듈의 단부뿐 아니라 모든 전극 부분에서의 응력에 수반하는 휨의 영향을 저감할 수 있어, 보다 신뢰성이 높은 열전 변환 모듈을 제공하는 것이 가능해진다.
<본 발명의 실시 형태>
본 발명의 제1 실시 형태에 따른 열전 변환 모듈은 나란히 설치된 복수의 열전 변환 소자; 상기 열전 변환 소자의 일단에 접합되어, 인접하는 상기 열전 변환 소자의 일단끼리를 전기적으로 접속하는 제1 전극; 및 상기 열전 변환 소자의 타단에 접합되어, 인접하는 상기 열전 변환 소자의 타단끼리를 전기적으로 접속하는 제2 전극;을 가지며, 상기 복수의 열전 변환 소자, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 적어도 1개의 직렬 접속체를 형성하고, 상기 직렬 접속체의 단부에는 가요성을 구비하는 제3 전극이 배설되어 있다. 이로써, 사용 조건에 의존하지 않고 전극 등의 박리를 방지하여, 우수한 신뢰성을 실현할 수 있다.
본 발명의 제2 실시 형태에 따른 열전 변환 모듈은 상술한 제1 실시 형태에 따른 열전 변환 모듈에 있어서, 상기 직렬 접속체를 복수 가지며, 상기 직렬 접속체끼리를 상기 제3 전극에 의해 접속한다. 이로써, 보다 많은 열전 변환 소자를 열전 변환 모듈 내에 배치하여, 보다 우수한 열전 변환 효율을 구비하는 열전 변환 모듈을 실현할 수 있다.
본 발명의 제3 실시 형태에 따른 열전 변환 모듈은 상술한 제1 또는 제2 실시 형태에 따른 열전 변환 모듈에 있어서, 상기 제3 전극은 메쉬 형상 금속을 포함한다. 이로써, 직렬 접속체의 단부에 응력 집중이 발생했더라도 휨에 의한 제3 전극에 대한 영향을 한층 더 저감할 수 있어, 제3 전극의 박리를 확실히 방지할 수 있다.
본 발명의 제4 실시 형태에 따른 열전 변환 모듈은, 상술한 제3 실시 형태에 따른 열전 변환 모듈에 있어서, 상기 제3 전극은 메쉬 형상 금속의 양단에 금속판이 고착된 구조를 구비한다. 이로써, 직렬 접속체의 단부에 응력 집중이 발생했더라도 휨에 의한 제3 전극에 대한 영향을 한층 더 저감할 수 있어, 제3 전극의 박리를 확실히 방지할 수 있다.
본 발명의 제5 실시 형태에 따른 열전 변환 모듈은 상술한 제1 내지 제4 실시 형태에 따른 열전 변환 모듈 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 가요성을 구비한다. 이로써, 열전 변환 모듈의 단부뿐 아니라 모든 전극 부분에서의 응력에 수반하는 휨의 영향을 저감할 수 있어, 보다 신뢰성이 높은 열전 변환 모듈을 실현할 수 있다.
1: 열전 변환 모듈
2a: 제1 열전 변환 소자
2b: 제2 열전 변환 소자
3a: 제1 전극
3b: 제2 전극
3c: 접속 전극(제3 전극)
3d: 인출 전극(제3 전극)
4: 제1 피복 부재
5: 제2 피복 부재
6: 지지 기판
11: 제1 원기둥부
12: 제2 원기둥부
13: 직렬 접속체

Claims (5)

  1. 나란히 설치된 복수의 열전 변환 소자;
    상기 열전 변환 소자의 일단에 접합되어, 인접하는 상기 열전 변환 소자의 일단끼리를 전기적으로 접속하는 제1 전극;
    상기 열전 변환 소자의 타단에 접합되어, 인접하는 상기 열전 변환 소자의 타단끼리를 전기적으로 접속하는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극을 피복하는 제1 피복 부재를 가지며,
    상기 복수의 열전 변환 소자, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 적어도 1개의 직렬 접속체를 형성하고,
    상기 직렬 접속체의 단부에는 가요성을 구비하는 제3 전극이 배설되고,
    상기 제3 전극, 복수의 상기 열전 변환 소자 및 상기 제2 전극은 상기 제1 피복 부재보다 낮은 열전도성을 구비하는 제2 피복 부재에 의해 피복되어 있는 열전 변환 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 직렬 접속체를 복수 가지며,
    상기 직렬 접속체끼리를 상기 제3 전극에 의해 접속하는 열전 변환 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3 전극은 메쉬 형상 금속을 포함하는 열전 변환 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제3 전극은 상기 메쉬 형상 금속의 양단에 금속판이 고착된 구조를 구비하는 열전 변환 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 가요성을 구비하는 열전 변환 모듈.
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