KR102245668B1

KR102245668B1 - 열전 소재 및 열전 레그 제조 장치 및 이를 이용한 제조 방법

Info

Publication number: KR102245668B1
Application number: KR1020200023792A
Authority: KR
Inventors: 한승우; 전성재; 김다혜; 신승익
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2021-04-29

Abstract

본 발명은 열전소자를 구성하는 열전 소재 및 열전 레그의 제조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열전 물질 파우더를 직접 가공하여 열전 소재 및 열전 레그나 열전 레그를 제조함으로써 취성이 약한 열전 소재 및 열전 레그의 손상을 방지한 열전 소재 및 열전 레그 제조 장치 및 이를 이용한 제조 방법에 관한 것이다.

Description

열전 소재 및 열전 레그 제조 장치 및 이를 이용한 제조 방법{Thermoelectric Materials and Legs Manufacturing Device and Manufacturing Method using The Same}

본 발명은 열전소자를 구성하는 열전 소재 및 열전 레그의 제조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열전 물질 파우더를 직접 가공하여 열전 소재나 열전 레그를 제조함으로써 취성이 약한 열전 소재 및 열전 레그의 손상을 방지한 열전 소재 및 열전 레그 제조 장치 및 이를 이용한 제조 방법에 관한 것이다.

열전재료는 지벡 효과와 펠티에 효과에 의해 열에너지와 전기 에너지간의 직접변환이 가능한 재료로서 전자냉각과 열전발전에 다양하게 응용되고 있다. 열전재료를 이용한 전자냉각 모듈과 열전발전 모듈은 n형 열전 레그(leg)들과 p형 열전 레그들이 전기적으로는 직렬 연결되어 있으며 열적으로는 병렬 연결된 구조를 갖는다. 열전모듈을 전자냉각용으로 사용하는 경우에는 모듈에 직류전류를 인가함으로써 n형과 p형 열전소자에서 각기 정공과 전자의 이동에 의해 열이 냉각기판에서 가열기판으로 펌핑되어 냉각기판 부위가 냉각된다. 이에 반해 열전발전의 경우에는 모듈의 고온단과 저온단 사이의 온도차에 의해 고온단에서 저온단 부위로 열이 이동 시 p형과 n형 열전소자에서 각기 정공과 전자들이 고온단에서 저온단으로 이동함으로써 지벡 효과에 의해 기전력이 발생하게 된다.

전자냉각모듈은 열응답 감도가 높고 국부적으로 선택적 냉각이 가능하며 작동부분이 없어 구조가 간단한 장점이 있어, 광통신용 LD 모듈, 고출력 파워 트랜지스터, 적외선 감지소자 및 CCD 등 전자부품의 국부냉각에 실용화되고 있으며, 공업용, 민생용 항온조나 과학용, 의료용 항온유지 장치에 응용되고 있다. 열전발전은 온도차만 부여하면 발전이 가능하여 이용 열원의 선택범위가 넓으며 구조가 간단하고 소음이 없어, 군사용 전원장치를 비롯한 특수소형 전원장치에 국한되었던 용도가 최근에는 산업폐열 등을 이용한 열전발전기, 대체독립전원 등의 분야로 경제적 용도가 증대하고 있다.

도 1에는 통상의 수직형 열전소자(10)의 개략단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 열전소자(10)는 기판(1), 제2 기판(2), P 타입 제1 열전 레그(3), N 타입 제2 열전 레그(4) 및 전극(5)을 포함하여 이루어진다. 제1 기판(1)은 판상으로 열원(미도시)에 부착되며, 제2 기판(2)은 판상으로 제1 기판(1)의 상측에 일정거리 이격 배치된다. 제1 기판(1)과 제2 기판(2) 사이에는, 제1 열전 레그(3)와 제2 열전 레그(4)가 상하 길이방향을 따라 형성되고, 복수 개가 이격 배치된다. 제1 및 제2 열전 레그(3, 4)는 제1 기판(1)과 제2 기판(2)의 온도 차에 따라 전기를 발생하거나, 전류를 통해 제1 기판(1) 또는 제2 기판(2)을 발열시키기 위한 P형 반도체와 N형 반도체가 교번 배치된다. 전극(5)은 제1 및 제2 열전 레그(3, 4)가 서로 교번되어 직렬로 연결되도록 제1 및 제2 열전 레그(3, 4)의 하측을 전기적으로 연결하는 하부 전극(5a)과, 제1 및 제2 열전 레그(3, 4)의 상측을 전기적으로 연결하는 상부 전극(5b)으로 구성된다.

상기와 같은 구성에 의해 대기보다 높은 온도를 갖는 열원에 열전소자(10)를 부착하면, 열원에 맞닿는 제1 기판(1)과, 대기에 노출된 제2 기판(2)의 온도차에 의해 P형 및 N형 열전 레그(3, 4)가 발전하며, 전극(5)을 통해 발전된 전기를 전달하게 된다.

위와 같은 열전소자의 열전 레그는 비스무스 텔룰라이드(Bi-Te) 계 물질의 파우더에 열과 압력을 가해 소결하여 필렛 형태로 가공한 후 열전 재질의 상기 필렛을 큐빅 형상으로 다이싱(dicing) 하여 제조하게 된다.

위 제조 방법은 원하는 사이즈(높이)에 맞게 열전 레그의 가공이 용이하면서도 생산속도가 빠른 장점이 있다. 그러나 열전 재질은 소결 시 취성이 약하여 외력에 의해 잘 손상되기 때문에 상기 필렛을 다이싱 하는 과정에서 균열과 같은 손상이 발생됨에 따라 불량률이 높아지는 문제가 발생한다.

이를 해결하기 위해 다이싱 시 하중이나 방향의 정밀한 제어가 요구되나, 이에 부합되는 다이싱 장치는 매우 고가여서 보편화되기 어렵고, 제조 원가의 상승 요인이 되고 있는 실정이다.

한국공개특허공보 제10-2016-0127403호(2016.11.04.공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 열전 재료 파우더를 큐빅 형상으로 직접 가공되도록 한 열전 소재 및 열전 레그 제조 장치 및 이를 이용한 제조 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 파우더를 큐빅 형상으로 직접 가공하면서도 원하는 사이즈(높이)에 맞게 열전 레그의 가공이 용이하고, 생산속도의 저하도 방지한 열전 소재 및 열전 레그 제조 장치 및 이를 이용한 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명의 일실시 예에 따른 열전 소재 및 열전 레그 제조 장치는, 제1 몸체(11)와, 상기 제1 몸체(11)의 상방으로 돌출되는 제1 돌출부(12)를 포함하는 제1 금형(10); 상기 제1 금형(10)의 상측에 배치되며, 제2 몸체(21)와, 상기 제2 몸체(21)의 하방으로 돌출되는 제2 돌출부(22)를 포함하는 제2 금형(20); 및 일정 높이를 갖는 판상으로 하측에 상기 제1 돌출부(12)가 끼워지고, 상측에 상기 제2 돌출부(22)가 끼워지도록 높이 방향을 따라 금형홀(31)이 중공 형성된 금형대(30); 및 상기 제1 금형(10)을 가열하고 상방으로 가압하거나, 상기 제2 금형(20)을 가열하고, 하방으로 가압하는 발열가압수단(41)(42)을 포함하며, 상기 금형홀(31)의 내부에 충전된 열전 재질의 파우더(P)가 제1 돌출부(12) 또는 제2 돌출부(22)의 발열가압에 의해 소결되어 열전 소재 또는 열전 레그를 제조한다.

또한, 상기 제1 돌출부(12)는, 상기 제1 금형(10)의 상측으로 돌출되는 길이가 가변되도록 제1 몸체(11)에 형성된 수용홀(11a)을 따라 상하 길이방향으로 이동 가능하도록 상기 제1 금형(10)에 결합된다.

또한, 상기 금형대(30)는, 높이가 서로 다른 복수 개의 금형대 중 선택되는 어느 하나이다.

또한, 상기 열전 소재 및 열전 레그 제조 장치(100)는, 일정 높이를 갖는 틀 형태로 중앙에 상기 열전 재질의 파우더(P)가 충전되는 파우더 충전공간(51)이 형성되고, 상기 금형대(30)의 상측에 결합되되, 결합 시 상기 파우더 충전공간(51)의 내주면이 금형대(30)의 상측 둘레면에 끼워지는, 충전가이드(50)를 더 포함한다.

또한, 상기 열전 소재 및 열전 레그 제조 장치(100)는, 상기 금형홀(31) 상의 상측과 하측에 각각 열전 소재 또는 열전 레그가 소결되도록 금형홀(31) 상에 파우더(P) 충전 시 상측과 하측을 구획하도록 배치되는 분리판(70)을 더 포함한다.

본 발명의 일실시 예에 따른 열전 소재 및 열전 레그 제조 방법은, 금형대(30)의 하단에 제1 금형(10)을 결합시켜 제1 돌기(12)를 금형홀(31)의 하측에서 상측으로 끼움 결합하는 단계; 열전 재질의 파우더(P)를 상기 금형홀(31)에 충전하는 단계; 상기 금형대(30)의 상단에 제2 금형(20)을 결합시켜 제2 돌기(22)를 금형홀(31)의 상측에서 하측으로 끼움 결합하는 단계; 및 발열가압수단(41)(42)을 통해 제1 금형(10)을 가열함과 동시에 상방으로 가압 또는, 제2 금형(20)을 가열함과 동시에 하방으로 가압하여 상기 파우더(P)를 소결하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 열전 소재 및 열전 레그 제조 방법은, 상기 제1 돌기(12)의 높이 조절을 통해 완성되는 열전 소재 또는 열전 레그의 높이를 결정하는 단계를 더 포함한다.

또한, 상기 열전 소재 및 열전 레그 제조 방법은, 높이가 서로 다른 복수 개의 금형대 중 어느 하나를 선택 배치하여 완성되는 열전 소재 또는 열전 레그의 높이를 결정하는 단계를 더 포함한다.

또한, 열전 재질의 파우더(P)를 상기 금형홀(31)에 충전하는 단계는, 상기 금형대(30)의 상단에 충전가이드(50)를 결합시켜 파우더 충전공간(51)의 하단부에 금형대(30)를 끼움 결합하고, 상기 파우더(P)를 파우더 충전공간(51)에 충전하는 단계를 더 포함한다.

또한, 상기 열전 소재 및 열전 레그 제조 방법은, 상기 열전 재질의 파우더(P)를 상기 금형홀(31)에 충전하는 단계 이후 상기 충전가이드(50)를 분리한 후 스위퍼(S)를 통해 금형대(30)의 상측에 잔존하는 파우더(P)를 제거하는 단계를 더 포함한다.

또한, 상기 열전 소재 및 열전 레그 제조 방법은, 상기 파우더(P)를 소결하여 완성된 열전 레그(L)를 상기 제1 돌기(12)의 상방 이동을 통해 금형대(30)에서 분리시키는 단계를 더 포함한다.

또한, 열전 재질의 파우더(P)를 상기 금형홀(31)에 충전하는 단계는, 상기 금형홀(31)의 하단부에 파우더(P)를 충전하는 단계; 상기 금형홀(31) 상의 상기 파우더(P)의 상측에 분리판(70)을 배치하는 단계; 및 상기 금형홀(31)의 상단부에 파우더(P)를 충전하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 금형대(30)의 하단에 제1 금형(10)을 결합시켜 제1 돌기(12)를 금형홀(31)의 하측에서 상측으로 끼움 결합하는 단계와, 상기 열전 재질의 파우더(P)를 상기 금형홀(31)에 충전하는 단계는, 제1 금형대(30-1)의 하단에 제1 금형(10)을 결합시켜 제1 돌기(12)를 제1 금형홀(31-1)에 끼움 결합하는, 단계; 상기 파우더(P)를 상기 제1 금형홀(31-1)에 충전하는 단계; 상기 제1 금형홀(31-1)의 상측에 분리판(70)을 배치하는 단계; 상기 제1 금형대(30-1)의 상측에 제2 금형대(30-2)를 결합시켜 제2 금형홀(31-2)을 상기 분리판(70)의 상측에 배치하는 단계; 및 상기 파우더(P)를 상기 제2 금형홀(31-2)에 충전하는 단계를 포함한다.

아울러, 열전 재질의 파우더(P)를 상기 금형홀(31)에 충전하는 단계는, 상기 금형홀(31)의 하단부에 제1 파우더(P1)를 충전하는 단계; 상기 금형홀(31) 상의 상기 제1 파우더(P1)의 상측에 제2 파우더(P2)를 충전하는 단계를 포함하고, 상기 제1 파우더(P1)는, 상기 제2 파우더(P2) 보다 높은 온도에서 열전 효율이 높은 재질이다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 열전 소재 및 열전 레그 제조 장치 및 이를 이용한 제조 방법은, 열전재질을 소결한 후 다이싱 하는 가공이 삭제됨에 따라 다이싱으로 인한 열전 소재 및 열전 레그의 손상을 방지하여 제조 시 불량률을 낮출 수 있는 효과가 있다.

또한, 원하는 사이즈에 맞는 열전 소재 및 열전 레그의 제조가 가능하고, 기존 다이싱을 포함하는 제조 방법에 비해 생산속도가 저하되지 않아 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 열전소자 개략단면도
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 열전 소재 및 열전 레그 제조 장치의 개략도
도 3 내지 도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 열전 소재 및 열전 레그 제조 방법의 개략도
도 8 내지 도 13은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 열전 소재 및 열전 레그 제조 방법의 개략도
도 14 내지 도 16은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 열전 소재 및 열전 레그 제조 방법의 개략도

이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명의 일실시 예에 따른 열전 소재 및 열전 레그 제조 장치(100, '이하, 레그 제조 장치')의 개략도가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이 본 발명의 일실시 예에 따른 레그 제조 장치(100)는, 하단에 배치되는 제1 금형(10), 제1 금형(10)의 상단에 배치되는 제2 금형(20), 제1 금형(10)과 제2 금형(20) 사이에 배치되는 금형대(30), 금형대(30)의 상측에 끼워지는 충전가이드(50), 제1 금형(10)을 가열하고, 상방으로 가압하는 제1 발열가압수단(41), 제2 금형(20)을 가열하고, 하방으로 가압하는 제2 발열가압수단(42) 및 위 구성요소가 수용되며, 내부가 진공 상태로 유지되는 진공 챔버(60)를 포함하여 구성된다.

제1 금형(10)은 제1 몸체(11)와, 제1 몸체(11)의 상방으로 돌출되는 제1 돌출부(12)로 구성된다. 제1 돌출부(12)는 사각 기둥 형상으로 이루어지며, 복수 개가 제1 몸체(11)의 면방향을 따라 이격 배치될 수 있다. 제1 돌출부(12)는 돌출길이가 가변되도록 제1 몸체(11)에 형성된 수용홀(11a)에 상하 길이방향으로 이동 가능하도록 결합될 수 있다. 돌출길이의 가변을 통해 금형대(30)에서 성형되는 열전 레그의 높이 조절이 가능하도록 한다.

제2 금형(20)은 제2 몸체(21)와, 제2 몸체(11)의 하방으로 돌출되는 제2 돌출부(22)로 구성된다. 제2 돌출부(22)는 사각 기둥 형상으로 이루어지며, 복수 개가 제2 몸체(21)의 면방향을 따라 이격 배치될 수 있다. 제2 돌출부(22)는 제1 돌출부(12)와 대향 배치될 수 있다.

금형대(30)는 소정의 높이를 갖는 판상으로 이루어지며, 제1 돌출부(12)와 제2 돌출부(22)가 끼워지도록 높이 방향을 따라 중공 형성된 금형홀(31)을 포함한다. 금형홀(31)은 사각 기둥 형상으로 제1 및 제2 금형(10)(20)이 결합되었을 때 제1 돌출부(12)가 하단부에 끼워지고, 제2 돌출부(22)가 상단에 끼워지도록 구성되며, 내부에 충전된 열전 재질 파우더가 제1 및 제2 돌출부(10)(20)의 발열가압에 의해 소결되어 큐빅을 형성하도록 구성된다. 금형대(30)는 각기 다른 높이를 갖도록 복수 개가 구비될 수 있고 선택되는 금형대(30)를 통해 성형되는 열전 레그의 높이 조절이 가능하도록 구성될 수 있다.

충전가이드(50)는 소정의 높이를 갖는 사각틀 형태로 이루어지고, 중앙에 열전 파우더가 충전되는 파우더 충전공간(51)이 형성된다. 충전가이드(50)는 금형대(30)의 상측에 결합되며, 결합 시 파우더 충전공간(51)의 내주면이 금형대(30)의 상측 둘레면에 끼워져 충전되는 열전 파우더를 금형대(30)의 금형홀(31)로 안내하도록 구성된다.

제1 발열가압수단(41)은 제1 금형(10)을 가열하고 상방으로 가압하는 통상의 발열프레스기 일 수 있고, 제2 발열가압수단(51)은 제2 금형(20)을 가열하고 하방으로 가압하는 통상의 발열프레스기 일 수 있다.

진공챔버(60)는 상술된 레그 제조 장치(100)의 구성이 수용되며, 가공 시 불순물 유입을 방지하여 불량률을 줄이도록 내부를 진공상태로 유지시키는 통상의 진공챔버일 수 있다.

이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 레그 제조 장치(100)를 이용한 열전 소재 및 열전 레그 제조 장치 및 이를 이용한 제조 방법에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

- 실시 예 1 (기본형)

도 3 내지 도 7에는, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 열전 소재 및 열전 레그 제조 방법의 개략도가 도시되어 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 금형대(30)의 하단에 제1 금형(10)을 결합시켜 제1 돌기(12)를 금형홀(31)에 끼움 결합한다. 또한, 금형대(30)의 상단에 충전가이드(50)를 결합시켜 파우더 충전공간(51)의 하단부에 금형대(30)를 끼움 결합한다. 이 상태에서 열전 재질의 파우더(P, 이하 '파우더')를 파우더 충전공간(51)에 충전하면, 파우더(P)가 금형홀(31)의 상측에 충전된다. 이때 제1 돌기(12)의 높이 조절을 통해 완성되는 열전 레그의 높이를 결정할 수 있다.

다른 실시 예로 도 4에 도시된 바와 같이 서로 다른 높이를 갖는 금형대 중에 요구되는 열전 레그의 높이에 부합되는 금형대(30a)를 선택하여 완성되는 열전 레그의 높이를 결정할 수 있다.

다음으로 도 5에 도시된 바와 같이 충전가이드(50)를 분리한 후 스위퍼(S)를 통해 금형대(30)의 상측에 잔존하는 파우더(P)를 제거한다.

다음으로 도 6에 도시된 바와 같이 금형대(30)의 상단에 제2 금형(20)을 결합시켜 제2 돌기(22)를 금형홀(31)에 끼움 결합한 후 제1 발열가압수단(41)을 통해 제1 금형(10)을 가열함과 동시에 상방으로 가압하고, 제2 발열가압수단(42)을 통해 제2 금형(20)을 가열함과 동시에 하방으로 가압하여 파우더(P)를 소결한다.

다음으로 도 7에 도시된 바와 같이 파우더(P)를 소결하여 완성된 열전 레그(L)를 제1 돌기(12)의 상방 이동을 통해 금형대(30)에서 분리시켜 열전 레그(L)의 제조를 완료한다.

- 실시 예 2 (대량 생산 형)

도 8 내지 도 13에는, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 열전 소재 및 열전 레그 제조 방법의 개략도가 도시되어 있다.

도 8에 도시된 바와 같이 제1 금형대(30-1)의 하단에 제1 금형(10)을 결합시켜 제1 돌기(12)를 제1 금형홀(31-1)에 끼움 결합한다. 또한, 제1 금형대(30-1)의 상단에 충전가이드(50)를 결합시켜 파우더 충전공간(51)의 하단부에 제1 금형대(30-1)를 끼움 결합한다. 이 상태에서 파우더(P)를 파우더 충전공간(51)에 충전하면, 파우더(P)가 제1 금형홀(31-1)의 상측에 충전된다.

다음으로 도 9에 도시된 바와 같이 충전가이드(50)를 분리한 후 스위퍼(S)를 통해 제1 금형대(30-1)의 상측에 잔존하는 파우더(P)를 제거한다.

다음으로 도 10에 도시된 바와 같이 제1 금형대(30)의 제1 금형홀(31)의 상단에 분리판(70)을 각각 배치시킨 후 제1 금형대(30)의 상측에 제2 금형대(30-2)를 결합시킨다. 또한, 제2 금형대(30-2)의 상단에 충전가이드(50)를 결합시켜 파우더 충전공간(51)의 하단부에 제2 금형대(30-2)를 끼움 결합한다. 이 상태에서 파우더(P)를 파우더 충전공간(51)에 충전하면, 파우더(P)가 제2 금형홀(31-2)의 상측에 충전된다.

다음으로 도 11에 도시된 바와 같이 충전가이드(50)를 분리한 후 스위퍼(S)를 통해 제2 금형대(30-2)의 상측에 잔존하는 파우더(P)를 제거한다.

다음으로 도 12에 도시된 바와 같이 제2 금형대(30-2)의 상단에 제2 금형(20)을 결합시켜 제2 돌기(22)를 제2 금형홀(31-2)에 끼움 결합한 후 제1 발열가압수단(41)을 통해 제1 금형(10)을 가열함과 동시에 상방으로 가압하고, 제2 발열가압수단(42)을 통해 제2 금형(20)을 가열함과 동시에 하방으로 가압하여 파우더(P)를 소결한다.

다음으로 도 13에 도시된 바와 같이 파우더(P)를 소결하여 완성된 제1 및 제2 열전 레그(L1)(L2)를 제1 돌기(12)의 상방 이동을 통해 제1 및 제2 금형대(30-1)(30-2)에서 분리시키고, 제1 및 제2 열전 레그(L1)(L2) 사이의 분리판(70)을 제거하여 열전 레그(L1)(L2)의 제조를 완료한다.

본실시 예는 상술된 실시 예에 비해 생산 속도를 2배 이상 늘릴 수 있는 장점이 있다.

- 실시 예 3 (이종 형 열전 레그 형)

도 14 내지 도 16에는, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 열전 소재 및 열전 레그 제조 방법의 개략도가 도시되어 있다.

도 14에 도시된 바와 같이 금형대(30)의 하단에 제1 금형(10)을 결합시켜 제1 돌기(12)를 금형홀(31)에 끼움 결합한다. 이 상태에서 제1 파우더(P1)를 금형홀(31)의 하단부에 충전하고, 제2 파우더(P2)를 금형홀(31)의 상단부에 순차적으로 충전한다. 이때, 제1 파우더(P1)는 고온에서 높은 열전 효율을 갖는 재질일 수 있고, 제2 파우더(P2)는 제1 파우더(P1) 보다 낮은 온도에서 높은 열전 효율을 갖는 재질일 수 있다.

다음으로 도 15에 도시된 바와 같이 금형대(30)의 상단에 제2 금형(20)을 결합시켜 제2 돌기(22)를 금형홀(31)에 끼움 결합한 후 제1 발열가압수단(41)을 통해 제1 금형(10)을 가열함과 동시에 상방으로 가압하고, 제2 발열가압수단(42)을 통해 제2 금형(20)을 가열함과 동시에 하방으로 가압하여 제1 및 제2 파우더(P1)(P2)를 소결한다.

다음으로 도 16에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 파우더(P1)(P2)를 소결하여 완성된 이종 형 열전 레그(L3)를 제1 돌기(12)의 상방 이동을 통해 금형대(30)에서 분리시켜 열전 레그(L)의 제조를 완료한다.

본실시 예에 따라 제조된 이종 형 열전 레그(L3)는 제1 파우더(P1)가 소결된 측을 발열부에 장착하고, 제2 파우더(P2)가 소결된 측을 냉각부에 장착하게 되면 기존의 열전 레그를 포함하는 열전소자에 비해 발전 또는 열전달 효율이 향상될 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

100 : 열전 소재 및 열전 레그 제조 장치
10 : 제1 금형
11 : 제1 몸체 12 : 제1 돌출부
11a : 수용홀
20 : 제2 금형
21 : 제2 몸체 22 : 제2 돌출부
30, 30a : 금형대
30-1 : 제1 금형대 30-2 : 제2 금형대
31 : 금형홀
31-1 : 제1 금형홀 31-2 : 제2 금형홀
41 : 제1 발열가압수단
42 : 제2 발열가압수단
50 : 충전가이드
51 : 충전공간
60 : 진공챔버
70 : 분리판
S : 스위퍼
P : 파우더
P1 : 제1 파우더 P2 : 제2 파우더
L : 열전 레그
L1 : 제1 열전 레그 L2 : 제2 열전 레그
L3 : 이종 형 열전 레그

Claims

제1 몸체(11)와, 상기 제1 몸체(11)의 상방으로 돌출되는 제1 돌출부(12)를 포함하는 제1 금형(10);
상기 제1 금형(10)의 상측에 배치되며, 제2 몸체(21)와, 상기 제2 몸체(21)의 하방으로 돌출되는 제2 돌출부(22)를 포함하는 제2 금형(20); 및
일정 높이를 갖는 판상으로 하측에 상기 제1 돌출부(12)가 끼워지고, 상측에 상기 제2 돌출부(22)가 끼워지도록 높이 방향을 따라 금형홀(31)이 중공 형성된 금형대(30); 및
상기 제1 금형(10)을 가열하고 상방으로 가압하거나, 상기 제2 금형(20)을 가열하고, 하방으로 가압하는 발열가압수단(41)(42)을 포함하며,
상기 금형홀(31)의 내부에 충전된 열전 재질의 파우더(P)가 제1 돌출부(12) 또는 제2 돌출부(22)의 발열가압에 의해 소결되어 열전 소재 또는 열전 레그를 제조하는, 열전 소재 및 열전 레그 제조 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제1 돌출부(12)는,
상기 제1 금형(10)의 상측으로 돌출되는 길이가 가변되도록 제1 몸체(11)에 형성된 수용홀(11a)을 따라 상하 길이방향으로 이동 가능하도록 상기 제1 금형(10)에 결합되는, 열전 소재 및 열전 레그 제조 장치.
제 1항에 있어서,
상기 금형대(30)는,
높이가 서로 다른 복수 개의 금형대 중 선택되는 어느 하나인, 열전 소재 및 열전 레그 제조 장치.
제 1항에 있어서,
상기 열전 소재 및 열전 레그 제조 장치(100)는,
일정 높이를 갖는 틀 형태로 중앙에 상기 열전 재질의 파우더(P)가 충전되는 파우더 충전공간(51)이 형성되고, 상기 금형대(30)의 상측에 결합되되, 결합 시 상기 파우더 충전공간(51)의 내주면이 금형대(30)의 상측 둘레면에 끼워지는, 충전가이드(50)를 더 포함하는, 열전 소재 및 열전 레그 제조 장치.
제 1항에 있어서,
상기 열전 소재 및 열전 레그 제조 장치(100)는,
상기 금형홀(31) 상의 상측과 하측에 각각 열전 소재 또는 열전 레그가 소결되도록 금형홀(31) 상에 파우더(P) 충전 시 상측과 하측을 구획하도록 배치되는 분리판(70)을 더 포함하는, 열전 소재 및 열전 레그 제조 장치.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 열전 소재 및 열전 레그 제조 장치를 이용한 열전 소재 및 열전 레그 제조 방법에 있어서,
금형대(30)의 하단에 제1 금형(10)을 결합시켜 제1 돌기(12)를 금형홀(31)의 하측에서 상측으로 끼움 결합하는 단계;
열전 재질의 파우더(P)를 상기 금형홀(31)에 충전하는 단계;
상기 금형대(30)의 상단에 제2 금형(20)을 결합시켜 제2 돌기(22)를 금형홀(31)의 상측에서 하측으로 끼움 결합하는 단계;
발열가압수단(41)(42)을 통해 제1 금형(10)을 가열함과 동시에 상방으로 가압 또는, 제2 금형(20)을 가열함과 동시에 하방으로 가압하여 상기 파우더(P)를 소결하는 단계;
를 포함하는, 열전 소재 및 열전 레그 제조 방법.
제 6항에 있어서,
상기 열전 소재 및 열전 레그 제조 방법은,
상기 제1 돌기(12)의 높이 조절을 통해 완성되는 열전 소재 또는 열전 레그의 높이를 결정하는 단계;
를 더 포함하는, 열전 소재 및 열전 레그 제조 방법.
제 6항에 있어서,
상기 열전 소재 및 열전 레그 제조 방법은,
높이가 서로 다른 복수 개의 금형대 중 어느 하나를 선택 배치하여 완성되는 열전 소재 또는 열전 레그의 높이를 결정하는 단계;
를 더 포함하는, 열전 소재 및 열전 레그 제조 방법.
제 6항에 있어서,
열전 재질의 파우더(P)를 상기 금형홀(31)에 충전하는 단계는,
상기 금형대(30)의 상단에 충전가이드(50)를 결합시켜 파우더 충전공간(51)의 하단부에 금형대(30)를 끼움 결합하고, 상기 파우더(P)를 파우더 충전공간(51)에 충전하는 단계를 더 포함하는, 열전 소재 및 열전 레그 제조 방법.
제 9항에 있어서,
상기 열전 소재 및 열전 레그 제조 방법은,
상기 열전 재질의 파우더(P)를 상기 금형홀(31)에 충전하는 단계 이후
상기 충전가이드(50)를 분리한 후 스위퍼(S)를 통해 금형대(30)의 상측에 잔존하는 파우더(P)를 제거하는 단계를 더 포함하는, 열전 소재 및 열전 레그 제조 방법.
제 6항에 있어서,
상기 열전 소재 및 열전 레그 제조 방법은,
상기 파우더(P)를 소결하여 완성된 열전 레그(L)를 상기 제1 돌기(12)의 상방 이동을 통해 금형대(30)에서 분리시키는 단계를 더 포함하는, 열전 소재 및 열전 레그 제조 방법.
제 6항에 있어서,
열전 재질의 파우더(P)를 상기 금형홀(31)에 충전하는 단계는,
상기 금형홀(31)의 하단부에 파우더(P)를 충전하는 단계;
상기 금형홀(31) 상의 상기 파우더(P)의 상측에 분리판(70)을 배치하는 단계; 및
상기 금형홀(31)의 상단부에 파우더(P)를 충전하는 단계;
를 포함하는, 열전 소재 및 열전 레그 제조 방법.
제 6항에 있어서,
상기 금형대(30)의 하단에 제1 금형(10)을 결합시켜 제1 돌기(12)를 금형홀(31)의 하측에서 상측으로 끼움 결합하는 단계와, 상기 열전 재질의 파우더(P)를 상기 금형홀(31)에 충전하는 단계는,
제1 금형대(30-1)의 하단에 제1 금형(10)을 결합시켜 제1 돌기(12)를 제1 금형홀(31-1)에 끼움 결합하는, 단계;
상기 파우더(P)를 상기 제1 금형홀(31-1)에 충전하는 단계;
상기 제1 금형홀(31-1)의 상측에 분리판(70)을 배치하는 단계;
상기 제1 금형대(30-1)의 상측에 제2 금형대(30-2)를 결합시켜 제2 금형홀(31-2)을 상기 분리판(70)의 상측에 배치하는 단계; 및
상기 파우더(P)를 상기 제2 금형홀(31-2)에 충전하는 단계;
를 포함하는, 열전 소재 및 열전 레그 제조 방법.
제 6항에 있어서,
열전 재질의 파우더(P)를 상기 금형홀(31)에 충전하는 단계는,
상기 금형홀(31)의 하단부에 제1 파우더(P1)를 충전하는 단계;
상기 금형홀(31) 상의 상기 제1 파우더(P1)의 상측에 제2 파우더(P2)를 충전하는 단계를 포함하고,
상기 제1 파우더(P1)는, 상기 제2 파우더(P2) 보다 높은 온도에서 열전 효율이 높은 재질인, 열전 소재 및 열전 레그 제조 방법.