KR102221688B1 - 열변환장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치는 전기적으로 연결되며, 어레이 형상으로 배치되는 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그, 상기 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그의 한 면 상에 배치되는 절연부, 상기 절연부 상에 배치되는 히트싱크, 상기 히트싱크와 소정 간격으로 이격되어 배치되는 팬, 그리고 1*103kgf/cm2 내지 30*103kgf/cm2의 탄성계수를 가지고, 상기 히트싱크와 상기 팬을 고정시키는 복수의 체결 부재를 포함하고, 각 체결 부재는, 축부, 상기 축부의 한 말단에 배치되며, 상기 히트싱크에 고정되는 제1 고정부, 상기 축부의 외주면으로부터 돌출되어 상기 팬에 고정되는 제2 고정부, 그리고 상기 축부의 외주면으로부터 돌출되어 상기 히트싱크와 상기 팬 사이에 배치되며, 상기 히트싱크와 상기 팬을 이격시키는 이격부를 포함하고, 상기 제2 고정부의 폭은 상기 제1 고정부와 가까워질수록 커진다.

Description

열변환장치{HEAT CONVERSION DEVICE}
본 발명은 열전소자를 이용하는 열변환장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열변환장치에 포함되는 히트싱크와 팬 간의 체결 구조에 관한 것이다.
열전현상은 재료 내부의 전자(electron)와 정공(hole)의 이동에 의해 발생하는 현상으로, 열과 전기 사이의 직접적인 에너지 변환을 의미한다.
열전 소자는 열전현상을 이용하는 소자를 총칭하며, P형 열전 재료와 N형 열전 재료를 금속 전극들 사이에 접합시켜 PN 접합 쌍을 형성하는 구조를 가진다.
열전 소자는 전기저항의 온도 변화를 이용하는 소자, 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제벡 효과를 이용하는 소자, 전류에 의한 흡열 또는 발열이 발생하는 현상인 펠티에 효과를 이용하는 소자 등으로 구분될 수 있다.
열전 소자는 가전제품, 전자부품, 통신용 부품 등에 다양하게 적용되고 있다. 예를 들어, 열전 소자는 냉각용 장치, 온열용 장치, 발전용 장치 등에 적용될 수 있다. 이에 따라, 열전 소자의 열전성능에 대한 요구는 점점 더 높아지고 있다.
일반적으로, 열전소자를 이용하는 열변환장치는 흡열부 측에는 히트싱크가 배치되고, 발열부 측에는 히트싱크 및 팬이 배치되는 구조를 가질 수 있다.
도 1은 열변환장치의 발열부 측 히트싱크와 팬 간의 체결 구조의 한 예이다.
도 1을 참조하면, 히트싱크(10)와 팬(20)은 스크류(30)를 이용하여 조립될 수 있다. 이에 따르면, 히트싱크(10)와 팬(20)은 직접 접촉하고 있으므로, 팬(20)의 동작 시 소음 및 진동이 발생할 수 있다. 또한, 스크류(30) 체결 시 강한 외력으로 인하여 팬(20)이 휘는 문제가 발생할 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0055285호(2014.05.09) 일본 공개특허공보 특개 2015-037129호(2015.02.23)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 열변환장치에 포함되는 히트싱크와 팬 간의 체결 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치는 열전소자, 상기 열전소자 상에 배치되는 히트싱크, 상기 히트싱크와 소정 간격으로 이격되어 배치되는 팬, 그리고 상기 히트싱크와 상기 팬을 고정시키는 체결 부재를 포함하고, 상기 체결 부재는, 제1 고정부, 상기 제1 고정부 상에 배치된 이격부, 상기 이격부 상에 배치된 축부, 그리고 상기 축부 상에 배치된 제2 고정부를 포함하고, 상기 히트싱크의 측면에는 홈이 형성되고, 상기 제1 고정부는 상기 홈에 삽입되고, 상기 제1 고정부, 상기 이격부, 상기 축부 및 상기 제2 고정부는 일체로 형성된다.
상기 이격부는 상기 히트싱크와 상기 팬의 제1 면 사이에 배치되고, 상기 축부는 상기 팬을 통과하며, 상기 제2 고정부는 상기 팬의 제2 면과 접촉될 수 있다.
상기 팬은 상기 축부가 통과하는 홀을 포함하며, 상기 이격부의 제1 면은 상기 팬의 제1 면에서 상기 홀의 제1 주변부와 접촉하고, 상기 제2 고정부의 제1 면은 상기 팬의 제2 면에서 상기 홀의 제2 주변부와 접촉할 수 있다.
상기 이격부의 제1 면의 폭 및 상기 제2 고정부의 제1 면의 폭 각각은 상기 홀의 직경보다 클 수 있다.
상기 이격부의 제1 면과 상기 제2 고정부의 제1 면 간의 거리는 상기 팬의 높이의 0.9 내지 1배일 수 있다.
상기 축부는 1*103kgf/cm2 내지 30*103kgf/cm2의 탄성계수를 가질 수 있다.
상기 제2 고정부의 폭은 상기 제1 고정부와 가까워질수록 커질 수 있다.
상기 제1 고정부는 상기 제1 방향과 수직하는 방향으로 연장된 기둥 형상의 중간 영역, 그리고 상기 중간 영역과 상기 이격부를 연결하며, 상기 중간 영역의 지름보다 두께가 작은 판 형상의 연결 영역을 포함할 수 있다.
상기 홈은 상기 중간 영역이 지나가는 제1 영역 및 상기 연결 영역이 지나가는 제2 영역을 포함하고, 상기 제2 영역의 직경은 상기 제1 영역의 직경보다 작을 수 있다.
상기 제1 고정부는 상기 중간 영역의 일단에 배치된 선단 영역, 그리고 상기 중간 영역의 타단에 배치된 후단 영역을 포함하고, 상기 선단 영역의 직경은 상기 중간 영역의 직경보다 작고, 상기 후단 영역의 직경은 상기 중간 영역의 직경보다 크며, 상기 후단 영역의 직경은 상기 제1 영역의 직경보다 클 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열변환 성능이 우수하고, 소음 및 진동이 적은 열변환장치를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 열변환장치를 용이하게 조립할 수 있다.
도 1은 열변환장치의 발열부 측 히트싱크와 팬 간의 체결 구조의 한 예이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치에 포함되는 열전 소자의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치에 포함되는 열전 소자의 사시도이다.
도 6 내지 8은 히트싱크의 한 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치 내에 포함되는 체결 부재를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 체결 부재가 결합되기 위한 히트싱크의 일부 및 팬의 일부를 도시한다.
도 11 내지 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 체결 부재를 이용하여 제1 히트싱크와 팬을 체결하는 과정을 나타낸다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 체결 부재의 측면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
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.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 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 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치의 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치의 단면도이다. 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치에 포함되는 열전 소자의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치에 포함되는 열전 소자의 사시도이다. 도 6 내지 8은 히트싱크의 한 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 3을 참조하면, 열변환장치(1000)는 열전 소자(100), 제1 히트싱크(200), 팬(300), 단열부재(400), 하우징(500), 및 제2 히트싱크(600)를 포함한다.
도 4 내지 5를 참조하면, 열전 소자(100)는 하부 기판(110), 하부 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 상부 전극(150) 및 상부 기판(160)을 포함한다.
하부 전극(120)은 하부 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 하부 바닥면 사이에 배치되고, 상부 전극(150)은 상부 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 상부 바닥면 사이에 배치된다. 이에 따라, 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)는 하부 전극(120) 및 상부 전극(150)에 의하여 전기적으로 연결된다. 하부 전극(120)과 상부 전극(150) 사이에 배치되며, 전기적으로 연결되는 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 단위 셀을 형성할 수 있다.
예를 들어, 리드선(181, 182)을 통하여 하부 전극(120) 및 상부 전극(150)에 전압을 인가하면, 펠티에 효과로 인하여 P형 열전 레그(130)로부터 N형 열전 레그(140)로 전류가 흐르는 기판은 열을 흡수하여 냉각부로 작용하고, N형 열전 레그(140)로부터 P형 열전 레그(130)로 전류가 흐르는 기판은 가열되어 발열부로 작용할 수 있다.
여기서, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Ti)를 주원료로 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. P형 열전 레그(130)는 전체 중량 100wt%에 대하여 안티몬(Sb), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 주원료 물질 99 내지 99.999wt%와 Bi 또는 Te를 포함하는 혼합물 0.001 내지 1wt%를 포함하는 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, 주원료물질이 Bi-Se-Te이고, Bi 또는 Te를 전체 중량의 0.001 내지 1wt%로 더 포함할 수 있다. N형 열전 레그(140)는 전체 중량 100wt%에 대하여 셀레늄(Se), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 주원료 물질 99 내지 99.999wt%와 Bi 또는 Te를 포함하는 혼합물 0.001 내지 1wt%를 포함하는 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, 주원료물질이 Bi-Sb-Te이고, Bi 또는 Te를 전체 중량의 0.001 내지 1wt%로 더 포함할 수 있다.
P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 벌크형 또는 적층형으로 형성될 수 있다. 일반적으로 벌크형 P형 열전 레그(130) 또는 벌크형 N형 열전 레그(140)는 열전 소재를 열처리하여 잉곳(ingot)을 제조하고, 잉곳을 분쇄하고 체거름하여 열전 레그용 분말을 획득한 후, 이를 소결하고, 소결체를 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다. 적층형 P형 열전 레그(130) 또는 적층형 N형 열전 레그(140)는 시트 형상의 기재 상에 열전 소재를 포함하는 페이스트를 도포하여 단위 부재를 형성한 후, 단위 부재를 적층하고 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다.
이때, 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 동일한 형상 및 체적을 가지거나, 서로 다른 형상 및 체적을 가질 수 있다. 예를 들어, P형 열전 레그(130)와 N형 열전 레그(140)의 전기 전도 특성이 상이하므로, N형 열전 레그(140)의 높이 또는 단면적을 P형 열전 레그(130)의 높이 또는 단면적과 다르게 형성할 수도 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자의 성능은 제벡 지수로 나타낼 수 있다. 제백 지수(ZT)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112018113280266-pat00001
여기서, α는 제벡계수[V/K]이고, σ는 전기 전도도[S/m]이며, α2σ는 파워 인자(Power Factor, [W/mK2])이다. 그리고, T는 온도이고, k는 열전도도[W/mK]이다. k는 a·cp·ρ로 나타낼 수 있으며, a는 열확산도[cm2/S]이고, cp 는 비열[J/gK]이며, ρ는 밀도[g/cm3]이다.
열전 소자의 제백 지수를 얻기 위하여, Z미터를 이용하여 Z 값(V/K)을 측정하며, 측정한 Z값을 이용하여 제벡 지수(ZT)를 계산할 수 있다.
여기서, 하부 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 하부 전극(120), 그리고 상부 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 상부 전극(150)은 구리(Cu), 은(Ag) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함하며, 0.01mm 내지 0.3mm의 두께를 가질 수 있다. 하부 전극(120) 또는 상부 전극(150)의 두께가 0.01mm 미만인 경우, 전극으로서 기능이 떨어지게 되어 전기 전도 성능이 낮아질 수 있으며, 0.3mm를 초과하는 경우 저항의 증가로 인하여 전도 효율이 낮아질 수 있다.
그리고, 상호 대향하는 하부 기판(110)과 상부 기판(160)은 절연 기판 또는 금속 기판, 히트싱크일 수 있다. 절연 기판은 알루미나 기판 또는 유연성을 가지는 고분자 수지 기판일 수 있다. 유연성을 가지는 고분자 수지 기판은 폴리이미드(PI), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 환상 올레핀 코폴리(COC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 레진(resin)과 같은 고투과성 플라스틱 등의 다양한 절연성 수지재를 포함할 수 있다. 금속 기판은 Cu, Cu 합금 또는 Cu-Al 합금을 포함할 수 있으며, 그 두께는 0.1mm~0.5mm일 수 있다. 금속 기판의 두께가 0.1mm 미만이거나, 0.5mm를 초과하는 경우, 방열 특성 또는 열전도율이 지나치게 높아질 수 있으므로, 열전 소자의 신뢰성이 저하될 수 있다. 또한, 하부 기판(110)과 상부 기판(160)이 금속 기판인 경우, 하부 기판(110)과 하부 전극(120) 사이 및 상부 기판(160)과 상부 전극(150) 사이에는 각각 유전체층(170)이 더 형성될 수 있다. 유전체층(170)은 5~10W/K의 열전도도를 가지는 소재를 포함하며, 0.01mm~0.15mm의 두께로 형성될 수 있다. 유전체층(170)의 두께가 0.01mm 미만인 경우 절연 효율 또는 내전압 특성이 저하될 수 있고, 0.15mm를 초과하는 경우 열전전도도가 낮아져 방열효율이 떨어질 수 있다.
이때, 하부 기판(110)과 상부 기판(160)의 크기는 다르게 형성될 수도 있다. 예를 들어, 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 중 하나의 체적, 두께 또는 면적은 다른 하나의 체적, 두께 또는 면적보다 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 열전 소자의 흡열 성능 또는 방열 성능을 높일 수 있다.
또한, 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 중 적어도 하나의 표면에는 방열 패턴, 예를 들어 요철 패턴이 형성될 수도 있다. 이에 따라, 열전 소자의 방열 성능을 높일 수 있다. 요철 패턴이 P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)와 접촉하는 면에 형성되는 경우, 열전 레그와 기판 간의 접합 특성도 향상될 수 있다.
한편, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 원통 형상, 다각 기둥 형상, 타원형 기둥 형상 등을 가질 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 전극과 접합하는 부분의 폭이 넓게 형성될 수도 있다.
본 명세서에서, 하부 기판(110), 하부 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 상부 전극(150) 및 상부 기판(160)을 포함하는 열전소자(100)의 양 면에 히트싱크가 배치되는 것을 예로 들고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 하부 기판(110) 및 상부 기판(160) 중 적어도 하나가 생략되고, 히트싱크가 하부 기판(110) 및 상부 기판(160)의 역할을 할 수도 있다. 이때, 히트싱크와 하부 전극(120) 사이 또는 히트싱크와 상부 전극(150) 사이에는 절연부가 더 배치될 수도 있다.
다시 도 2 내지 3을 참조하면, 제1 히트싱크(200)는 열전소자(100)의 한면, 예를 들어 발열면 측에 배치되고, 팬(300)은 제1 히트싱크(200)와 체결된다. 이때, 팬(300)은 냉각 팬일 수 있다. 팬(300)은 공조부와 혼용될 수 있다.
그리고, 제2 히트싱크(600)는 열전소자(100)의 다른 면, 예를 들어 흡열면 측에 배치된다. 이때, 열전소자(100) 및 제2 히트싱크(600) 사이에는 단열부재(400)가 더 배치되고, 열전소자(100) 및 단열부재(500)는 함께 하우징(500) 내에 수용될 수 있다.
제1 히트싱크(200) 및 제2 히트싱크(600)는 각각 평판형상의 복수의 평면 기재가 평행하게 배치되며, 평면 기재 사이의 공간이 공기 유로를 형성하는 구조를 가질 수 있다.
도 6 내지 8을 참조하면, 제1 히트싱크(200)는 제1평면(210) 및 제2평면(220)을 가지는 평판형상의 기재로, 공기 유로(C1)를 형성하는 적어도 하나의 유로패턴(200A)을 포함할 수 있다.
도 6 내지 8에서 도시한 바와 같이, 유로패턴(200A)은 일정한 피치(P1, P2)와 높이(T1)를 가지는 곡률 패턴이 형성되도록 기재를 폴딩(folding)하는 구조, 즉 접는 구조로 형성될 수 있다.
이와 같이, 열전달부재(200)의 제1 평면(210) 및 제2 평면(220)에는 공기가 면접촉하며, 유로패턴(200A)에 의하여 공기가 면접촉하는 면적이 최대화될 수 있다.
도 6을 참조하면, 공기가 유로 방향(C1)으로 유입되는 경우, 공기가 제1평면(210)과 제2평면(220)에 고르게 접촉하며 이동하여, 유로 방향(C2)으로 진행될 수 있다. 이에 따라, 단순한 평판 형상의 기재에 비하여 공기와의 접촉 면이 넓으므로, 흡열이나 발열의 효과가 증가하게 된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 공기의 접촉 면적을 더욱 증대하기 위하여, 기재의 표면에 돌출형 저항패턴(230)을 형성할 수도 있다.
나아가, 도 7에 도시된 바와 같이, 저항패턴(230)은 공기가 유입되는 방향으로 일정한 경사각(θ)을 가지도록 기울어진 돌출 구조물로 형성될 수도 있다. 이에 따라, 저항패턴(230)과 공기 간의 마찰을 극대화할 수 있으므로, 접촉면적 또는 접촉효율을 높일 수 있다. 또한, 저항패턴(230)의 앞 부분의 기재 면에 홈(240)을 형성할 수도 있다. 저항패턴(230)과 접촉하는 공기의 일부는 홈(240)을 통과하여 기재의 전면과 후면 사이를 이동하므로, 접촉면적 또는 접촉효율을 더욱 높일 수 있다.
저항패턴(230)이 제1평면(210)에 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 평면(220)에 형성될 수도 있다.
도 8을 참조하면, 유로패턴은 다양한 변형예를 가질 수 있다.
예를 들어, 도 8(a)와 같이 일정한 피치(P1)로 곡률을 가지는 패턴을 반복적으로 형성하거나, 도 8(b)와 같이 첨부를 가지는 패턴이 반복하여 형성되거나, 도8(c) 및 도8(d)에 도시된 바와 같이 단위패턴이 다각형 구조를 가질 수도 있다. 도시되지 않았으나, 패턴의 표면(B1, B2)에 저항패턴이 형성될 수 있음은 물론이다.
도 8에서는 유로패턴이 일정한 주기 및 높이를 가지고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 유로패턴의 주기 및 높이(T1)는 불균일하게 변형될 수 있다.
도 6 내지 8은 설명의 편의를 위하여 제1 히트싱크(200)의 한 예를 나타낸 것이며, 본 발명의 실시예에 따른 열변환장치에 포함되는 제1 히트싱크(200)의 구조는 다양하게 변형될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 히트싱크(200) 및 팬(300)은 소정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 이를 위하여, 제1 히트싱크(200)와 팬(300)은 탄성을 가지며, 제1 히트싱크(200)와 팬(300)을 고정시키는 복수의 체결 부재(700)를 통하여 고정될 수 있다.
이와 같이, 제1 히트싱크(200)와 팬(300)이 소정 간격으로 이격되어 배치되면, 팬(300)의 회전 시 발생하는 진동이 제1 히트싱크(200)에 전달되는 문제를 최소화할 수 있으므로, 제1 히트싱크(200)의 진동 및 소음을 방지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치 내에 포함되는 체결 부재를 나타내고, 도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 체결 부재가 결합되기 위한 히트싱크의 일부 및 팬의 일부를 도시한다. 도 9(a)는 체결 부재의 한 측면도이고, 도 9(b)는 도 9(a)로부터 90도 회전시킨 방향에서의 측면도이다.
도 9 내지 10을 참조하면, 체결 부재(700)는 축부(710), 축부(710)의 한 말단에 배치되며, 제1 히트싱크(200)에 고정되는 제1 고정부(720), 축부(710)의 외주면으로부터 돌출되어 팬(300)에 고정되는 제2 고정부(730), 그리고 축부(710)의 외주면으로부터 돌출되어 제1 히트싱크(200)와 팬(300) 사이에 배치되며, 제1 히트싱크(200)와 팬(300)을 이격시키는 이격부(740)를 포함한다.
여기서, 축부(710), 제1 고정부(720), 제2 고정부(730) 및 이격부(740)는 실리콘 수지를 포함할 수 있으며, 일체로 성형될 수 있다. 그리고, 체결 부재(700)의 탄성계수는 1*103kgf/cm2 내지 30*103kgf/cm2일 수 있고, 경도는 40 내지 90Hs일 수 있다. 여기서, 경도 단위는 쇼어 경도(Shore Hardness)일 수 있으며, 쇼어 경도는 작은 다이아몬드를 끝 부분에 고정시킨 낙하 물체를 소정 높이에서 낙하시켰을 때 반발하여 올라온 높이를 이용하여 측정될 수 있다. 이에 따라, 체결 부재(700)는 제1 히트싱크(200)와 팬(300)을 고정시키는 것이 가능하다.
먼저, 제1 고정부(720)는 제1 히트싱크(200)에 고정되는 부분으로, 이를 위하여 제1 히트싱크(200)에는 제1 고정부(720)를 고정시키기 위한 홈(G))이 형성될 수 있다.
제1 고정부(720)는 선단 영역(722), 중간 영역(724), 후단 영역(726) 및 연결 영역(728)을 포함한다. 선단 영역(722), 중간 영역(724) 및 후단 영역(726)은 일체로 형성된 원형 또는 타원형의 기둥 형상일 수 있다. 이때, 선단 영역(722)의 직경은 중간 영역(724)의 직경보다 작고, 중간 영역(724)의 직경은 후단 영역(726)의 직경보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제1 히트싱크(200)에 형성된 홈(G)이 제1 고정부(720)의 중간 영역(724)을 수용하기 위한 형상을 가지는 경우, 제1 고정부(720)의 선단 영역(722)의 직경(d1)은 제1 히트싱크(200)에 형성된 홈(G)의 직경(D1)보다 작고, 중간 영역(724)의 직경(d2)은 제1 히트싱크(200)에 형성된 홈(G)의 직경(D1)의 1 내지 1.1배이며, 후단 영역(726)의 직경(d3)은 제1 히트싱크(200)에 형성된 홈(G)의 직경(D1)보다 클 수 있다. 이에 따라, 제1 고정부(720)의 선단 영역(722)을 시작으로 하여 제1 히트싱크(200)에 형성된 홈(G) 내에 진입한 후, 후단 영역(726)을 이용하여 체결 부재(700)의 위치를 고정하는 것이 가능하다. 그리고, 제1 고정부(720)의 연결 영역(728)은 중간 영역(724)과 이격부(740) 사이를 연결하며, 두께가 중간 영역(724)의 지름보다 작은 판 형상일 수 있다. 이때, 제1 히트싱크(200)에 형성된 홈(G)은 제1 고정부(730)의 연결 영역(728)이 지나가는 영역을 더 포함할 수 있다. 제1 고정부(730)의 연결 영역(728)이 지나가는 영역의 너비(D2)는 연결 영역(728)의 두께와 같거나 연결 영역(728)의 두께보다 크고, 홈(G)의 직경(D1)보다 작을 수 있다. 이에 따라, 제1 고정부(720)의 중간 영역(724)은 제1 히트싱크(200)에 형성된 홈(G)에 수용된 후, 외부로 이탈되지 않을 수 있다.
다음으로, 제2 고정부(730)는 팬(300)에 고정되는 부분으로, 이를 위하여 팬(300)은 체결 부재(700)의 축부(710)가 통과하는 홀(H)을 포함할 수 있다.
제2 고정부(730)의 폭(W)은 제1 고정부(720)와 가까워질수록 길어질 수 있다. 즉, 제2 고정부(730)의 폭은 원뿔대 형상일 수 있으며, 제2 고정부(730)의 한 면(732)은 팬(300)과 접촉할 수 있다.
이때, 제2 고정부(730)의 한 면(732)의 폭(W2))은 팬(300)에 형성된 홀(H)의 직경의 120 내지 180%, 바람직하게는 130 내지 170%, 더욱 바람직하게는 140 내지 160%이고, 한 면(732)에 대향하는 다른 면(734)의 폭(W1))은 팬(300)에 형성된 홀(H)의 직경의 50 내지 80%, 바람직하게는 55 내지 75%, 더욱 바람직하게는 60 내지 70%일 수 있다. 이와 같이, 제2 고정부(730)의 한 면(732)의 폭이 팬(300)에 형성된 홀(H)의 직경보다 크고, 다른 면(734)의 폭이 팬(300)에 형성된 홀(H)의 직경보다 작은 경우, 제2 고정부(730)는 팬(300)에 형성된 홀(H)을 통과한 후, 팬(300)에 고정될 수 있다.
여기서, 제2 고정부(730)와 축부(710) 사이의 적어도 일부는 비어 있을 수 있다. 예를 들어, 제2 고정부(730)는 밑면(732)에 형성된 적어도 하나의 홈을 포함하는 원뿔대 형상일 수 있다. 예를 들어, 제2 고정부(730)는 윗단이 잘린 고깔 형상일 수 있다.
또는, 제2 고정부(730)가 돌출되어 있는 축부(710) 내의 적어도 일부는 비어 있을 수도 있다.
제2 고정부(730)와 축부(710) 사이의 빈 공간의 부피 또는 제2 고정부(730)가 돌출되어 있는 축부(710) 내의 빈 공간의 부피는 제2 고정부(730)의 윗면, 바닥면 및 옆면에 의하여 이루어지는 원뿔대의 부피의 1/3 내지 2/3일 수 있다. 또는, 제2 고정부(730)와 축부(710) 사이의 빈 공간의 높이 또는 제2 고정부(730)가 돌출되어 있는 축부(710) 내의 빈 공간의 높이는 제2 고정부(730)의 윗면, 바닥면 및 옆면에 의하여 이루어지는 원뿔대의 높이의 1/3 내지 2/3일 수 있다. 제2 고정부(730)와 축부(710) 사이의 빈 공간의 형상은 콘 형상일 수 있고, 제2 고정부(730)가 돌출되어 있는 축부(710) 내의 빈 공간의 형상은 원통 형상일 수 있다.
이와 같이, 제2 고정부(730)와 축부(710) 사이의 적어도 일부가 비어 있거나, 제2 고정부(730)가 돌출되어 있는 축부(710) 내의 적어도 일부가 비어 있는 경우, 팬(300)에 형성된 홀(H)의 직경보다 폭이 큰 제2 고정부(730)의 한 면(732)이 팬(300)에 형성된 홀(H)을 통과한 후, 홀(H) 주변부에 걸리는 과정을 통하여 팬(300)에 고정될 수 있다.
다음으로, 이격부(740)는 축부(710)로부터 돌출되고, 제1 고정부(720)의 연결 영역(728)에 연결될 수 있다. 이격부(740)는, 예를 들어 원통 형상일 수 있으며, 이격부(740)의 폭은 팬(300)에 형성된 홀(H)의 지름보다 클 수 있다. 이에 따라, 이격부(740)는 제1 히트싱크(200)와 팬(300) 사이를 소정 간격으로 이격시키는 역할을 할 수 있다.
여기서, 이격부(740)의 높이(h1)는 1 내지 10mm, 바람직하게는 2 내지 8mm일 수 있다. 이격부(740)의 높이가 이러한 수치 범위를 벗어날 경우, 냉각 효율이 낮아지거나, 소음이 커질 수 있다. 예를 들어, 이격부(740)의 높이가 1mm 미만인 경우 냉각 효율은 좋으나, 소음이 큰 문제가 있다. 또한, 이격부(740)의 높이가 10mm를 초과하는 경우, 소음은 적으나, 냉각 효율이 낮아지는 문제가 있다.
이때, 제2 고정부(730)와 이격부(740) 간의 거리(h2), 구체적으로 제2 고정부(730)의 한 면(732)과 이격부(740)의 한 면(742) 사이의 거리는 팬(300)의 높이의 0.9 내지 1배일 수 있다. 이에 따라, 이격부(740)의 한 면(742)이 팬(300)에 형성된 홀(H)의 아래 주변부(302)에 고정되고, 제2 고정부(730)의 한 면(732)이 팬(300)에 형성된 홀(H)의 위 주변부(304)에 고정되어, 제1 히트싱크(200) 및 팬(300)이 안정적으로 체결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 복수, 예를 들어 2개 이상, 바람직하게는 3개 이상, 더욱 바람직하게는 4개 이상의 체결 부재(700)가 제1 히트싱크(200) 및 팬(300)을 체결할 수 있다. 이를 위하여, 제1 히트싱크(200)에 형성된 복수의 홈(G)은 각각 팬(300)에 형성된 복수의 홀(H)의 위치에 대응할 수 있다.
도 11 내지 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 체결 부재를 이용하여 제1 히트싱크와 팬을 체결하는 과정을 나타낸다.
도 11(a)를 참조하면, 제1 히트싱크(200)에 형성된 홈(G)에 체결 부재(700)의 축부(710)의 일단에 형성된 제1 고정부(720)를 통과시킨다. 이때, 도 12에 도시된 바와 같이, 제1 고정부(720)가 제1 히트싱크(200)의 벽면으로부터 끼워지거나, 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 고정부(720)가 제1 히트싱크(200)의 중간에서 끼워질 수도 있다.
다음으로, 도 11(b)를 참조하면, 체결 부재(700)의 축부(710)의 타단을 팬(300)에 형성된 홀(H)에 통과시킨다. 이때, 체결 부재(700)의 축부(710)의 타단에 제1 히트싱크(200)의 반대 방향으로 외력을 가하여, 제2 고정부(730)가 팬(300)에 형성된 홀(H)을 통과하면, 체결 부재(700)는 제1 히트싱크(200)와 팬(300)을 안정적으로 체결할 수 있다.
다음으로, 도 11(c)를 참조하면, 팬(300)에 형성된 홀(H)에 통과한 후의 체결 부재(700)의 축부(710)의 타단을 절단한다. 이와 같이, 축부(710)의 타단이 제2 고정부(730)로부터 길게 연장되는 구조를 가지고, 연장된 부분이 도 11(b)의 과정을 거친 후 절단될 경우, 제1 히트싱크(200)와 팬(300) 간의 체결이 용이하다.
다음으로, 도 11(d)를 참조하면, 도 11(a) 내지 11(c)의 과정은 복수 회, 예를 들어 2회 이상, 바람직하게는 3회 이상, 더욱 바람직하게는 4회 이상 반복될 수 있다.
이에 따라, 제1 히트싱크(200)와 팬(300)은 더욱 안정적으로 체결될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 체결 부재는 복수의 제2 고정부를 포함할 수도 있다. 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 체결 부재의 측면도이다.
도 14를 참조하면, 복수의 제2 고정부(730)가 소정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 여기서, 복수의 제2 고정부(730)가 모두 동일한 크기를 가지는 것으로 도시되어 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 복수의 제2 고정부(730)는 크기를 가질 수 있다. 이에 따른 체결 부재(700)는 다양한 높이 또는 다양한 홀의 크기를 가지는 팬(300)에 대하여 범용적으로 사용될 수 있다.
표 1 내지 7은 제1 히트싱크와 팬 간의 이격 거리에 따른 냉각 온도 및 소음을 실험한 결과를 나타낸다.
표 1 내지 7은 각각 이격 거리 0mm, 1mm, 4mm, 6mm, 8mm, 10mm 및 12mm를 가지는 10개의 샘플에 대하여 흡열부의 한 포인트에서의 온도(흡열부 #1) 및 흡열부의 다른 포인트에서의 온도(흡열부 #2)를 각각 측정한 결과이다. 여기서, 이격 거리는 이격부의 높이를 이용하여 조절하였다.
이격 거리 0mm 냉각 온도 (℃) 소음
샘플 번호 흡열부 #1 흡열부 #2 평균 dB
1 -13.0 -12.8 -12.9 28
2 -13.4 -12.7 -13.1 29
3 -13.7 -13.2 -13.5 28
4 -13.5 -13.5 -13.5 30
5 -13.4 -13.8 -13.6 31
6 -14.7 -14.9 -14.8 29
7 -12.8 -12.9 -12.9 28
8 -14.7 -14.7 -14.7 29
9 -12.9 -12.8 -12.9 30
10 -12.8 -12.4 -12.6 32
이격 거리 1mm 냉각 온도 (℃) 소음
샘플 번호 흡열부 #1 흡열부 #2 평균 dB
1 -12.5 -12.0 -12.3 20
2 -13.1 -12.6 -12.9 21
3 -13.5 -13.0 -13.3 20
4 -13.5 -13.1 -13.3 19
5 -13.7 -13.4 -13.6 19
6 -14.8 -14.8 -14.8 21
7 -12.6 -12.7 -12.7 21
8 -14.4 -14.7 -14.6 19
9 -12.7 -12.7 -12.7 19
10 -12.8 -12.2 -12.5 19
이격 거리 4mm 냉각 온도 (℃) 소음
샘플 번호 흡열부 #1 흡열부 #2 평균 dB
1 -12.4 -12.4 -12.4 18
2 -13.2 -12.5 -12.9 18
3 -13.0 -12.8 -12.9 19
4 -13.0 -12.9 -13.0 18
5 -13.6 -13.4 -13.5 20
6 -14.7 -14.8 -14.8 19
7 -12.5 -12.5 -12.5 19
8 -14.5 -14.6 -14.6 19
9 -12.6 -12.6 -12.6 20
10 -12.7 -12.0 -12.4 18
이격 거리 6mm 냉각 온도 (℃) 소음
샘플 번호 흡열부 #1 흡열부 #2 평균 dB
1 -12.1 -12.0 -12.1 18
2 -13.2 -12.4 -12.8 18
3 -13.2 -12.6 -12.9 19
4 -13.4 -12.9 -13.2 18
5 -13.9 -13.0 -13.5 20
6 -14.6 -14.8 -14.7 19
7 -12.4 -12.4 -12.4 19
8 -14.6 -14.3 -14.5 19
9 -12.4 -12.4 -12.4 20
10 -12.6 -11.8 -12.2 18
이격 거리 8mm 냉각 온도 (℃) 소음
샘플 번호 흡열부 #1 흡열부 #2 평균 dB
1 -11.9 -11.9 -11.9 18
2 -12.8 -12.1 -12.5 17
3 -12.9 -12.6 -12.8 17
4 -13.0 -12.8 -12.9 18
5 -13.9 -12.9 -13.4 18
6 -14.5 -14.4 -14.5 19
7 -12.2 -12.2 -12.2 17
8 -14.4 -14.3 -14.4 18
9 -12.2 -12.2 -12.2 18
10 -12.4 -11.8 -12.1 18
이격 거리 10mm 냉각 온도 (℃) 소음
샘플 번호 흡열부 #1 흡열부 #2 평균 dB
1 -10.7 -10.1 -10.4 17
2 -9.8 -10.0 -9.9 16
3 -12.4 -12.0 -12.2 18
4 -10.4 -10.5 -10.5 18
5 -9.9 -9.8 -9.9 17
6 -10.2 -10.5 -10.4 18
7 -10.7 -10.2 -10.5 17
8 -10.8 -11.0 -10.9 16
9 -10.0 -10.0 -10.0 17
10 -10.6 -10.1 -10.4 18
이격 거리 12mm 냉각 온도 (℃) 소음
샘플 번호 흡열부 #1 흡열부 #2 평균 dB
1 -8.7 -8.7 -8.7 15
2 -8.7 -8.5 -8.6 15
3 -9.1 -9.1 -9.1 15
4 -8.5 -8.6 -8.6 16
5 -8.9 -8.8 -8.9 16
6 -8.9 -9.0 -9.0 16
7 -8.7 -8.5 -8.6 15
8 -8.6 -8.9 -8.8 15
9 -8.2 -8.5 -8.4 16
10 -8.4 -8.6 -8.5 16
표 1 내지 7을 참조하면, 제1 히트싱크와 팬 간의 이격 거리가 0mm인 경우, 냉각 효율은 좋으나, 소음이 크게 발생하는 문제가 있다. 또한, 제1 히트 싱크와 팬 간의 거리가 12mm인 경우, 소음은 낮으나, 냉각 효율이 낮게 나타나는 문제가 있다. 이에 반해, 본 발명의 실시예에 따라 제1 히트싱크와 팬 간의 이격 거리가 1 내지 10mm이하, 바람직하게는 2 내지 8mm 이하인 경우, 냉각 효율이 우수할뿐만 아니라, 소음이 낮은 열전 모듈을 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 열전 소자는 발전용 장치, 냉각용 장치, 온열용 장치, 폐열 활용 장치 등에 작용될 수 있다. 구체적으로는, 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자는 주로 광통신 모듈, 센서, 의료 기기, 측정 기기, 항공 우주 산업, 냉장고, 칠러(chiller), 자동차 통풍 시트, 컵 홀더, 세탁기, 건조기, 와인셀러, 정수기, 센서용 전원 공급 장치, 서모파일(thermopile) 등에 적용될 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자가 의료 기기에 적용되는 예로, PCR(Polymerase Chain Reaction) 기기가 있다. PCR 기기는 DNA를 증폭하여 DNA의 염기 서열을 결정하기 위한 장비이며, 정밀한 온도 제어가 요구되고, 열 순환(thermal cycle)이 필요한 기기이다. 이를 위하여, 펠티어 기반의 열전 소자가 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 열전 소자가 의료 기기에 적용되는 다른 예로, 광 검출기가 있다. 여기서, 광 검출기는 적외선/자외선 검출기, CCD(Charge Coupled Device) 센서, X-ray 검출기, TTRS(Thermoelectric Thermal Reference Source) 등이 있다. 광 검출기의 냉각(cooling)을 위하여 펠티어 기반의 열전 소자가 적용될 수 있다. 이에 따라, 광 검출기 내부의 온도 상승으로 인한 파장 변화, 출력 저하 및 해상력 저하 등을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 열전 소자가 의료 기기에 적용되는 또 다른 예로, 면역 분석(immunoassay) 분야, 인비트로 진단(In vitro Diagnostics) 분야, 온도 제어 및 냉각 시스템(general temperature control and cooling systems), 물리 치료 분야, 액상 칠러 시스템, 혈액/플라즈마 온도 제어 분야 등이 있다. 이에 따라, 정밀한 온도 제어가 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 열전 소자가 의료 기기에 적용되는 또 다른 예로, 인공 심장이 있다. 이에 따라, 인공 심장으로 전원을 공급할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 열전 소자가 항공 우주 산업에 적용되는 예로, 별 추적 시스템, 열 이미징 카메라, 적외선/자외선 검출기, CCD 센서, 허블 우주 망원경, TTRS 등이 있다. 이에 따라, 이미지 센서의 온도를 유지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 열전 소자가 항공 우주 산업에 적용되는 다른 예로, 냉각 장치, 히터, 발전 장치 등이 있다.
이 외에도 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자는 기타 산업 분야에 발전, 냉각 및 온열을 위하여 적용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 열전소자,
    상기 열전소자 상에 배치되는 히트싱크,
    상기 히트싱크와 소정 간격으로 이격되어 배치되는 팬, 그리고
    상기 히트싱크와 상기 팬을 고정시키는 체결 부재를 포함하고,
    상기 체결 부재는,
    제1 고정부,
    상기 제1 고정부 상에 배치된 이격부,
    상기 이격부 상에 배치된 축부, 그리고
    상기 축부 상에 배치된 제2 고정부를 포함하고,
    상기 히트싱크의 측면에는 홈이 형성되고,
    상기 제1 고정부는 상기 홈에 삽입되고,
    상기 제1 고정부, 상기 이격부, 상기 축부 및 상기 제2 고정부는 일체로 형성되는 열변환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이격부는 상기 히트싱크와 상기 팬의 제1 면 사이에 배치되고,
    상기 축부는 상기 팬을 통과하며,
    상기 제2 고정부는 상기 팬의 제2 면과 접촉되는 열변환장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 팬은 상기 축부가 통과하는 홀을 포함하며,
    상기 이격부의 제1 면은 상기 팬의 제1 면에서 상기 홀의 제1 주변부와 접촉하고, 상기 제2 고정부의 제1 면은 상기 팬의 제2 면에서 상기 홀의 제2 주변부와 접촉하는 열변환장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이격부의 제1 면의 폭 및 상기 제2 고정부의 제1 면의 폭 각각은 상기 홀의 직경보다 큰 열변환장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 이격부의 제1 면과 상기 제2 고정부의 제1 면 간의 거리는 상기 팬의 높이의 0.9 내지 1배인 열변환장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 축부는 1*103kgf/cm2 내지 30*103kgf/cm2의 탄성계수를 가지는 열변환장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 고정부의 폭은 상기 제1 고정부와 가까워질수록 커지는 열변환장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 고정부는
    상기 제1 고정부로부터 상기 이격부로 향하는 제1 방향과 수직하는 방향으로 연장된 기둥 형상의 중간 영역, 그리고
    상기 중간 영역과 상기 이격부를 연결하며, 상기 중간 영역의 지름보다 두께가 작은 판 형상의 연결 영역을 포함하는 열변환장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 홈은 상기 중간 영역이 지나가는 제1 영역 및 상기 연결 영역이 지나가는 제2 영역을 포함하고,
    상기 제2 영역의 직경은 상기 제1 영역의 직경보다 작은 열변환장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 고정부는
    상기 중간 영역의 일단에 배치된 선단 영역, 그리고
    상기 중간 영역의 타단에 배치된 후단 영역을 포함하고,
    상기 선단 영역의 직경은 상기 중간 영역의 직경보다 작고,
    상기 후단 영역의 직경은 상기 중간 영역의 직경보다 크며,
    상기 후단 영역의 직경은 상기 제1 영역의 직경보다 큰 열변환장치.
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