KR102264055B1 - 열전소자 성능 검사장치 및 방법 - Google Patents

열전소자 성능 검사장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

열전소자 성능 검사장치 및 방법을 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 자신의 상부에 배치된 열전소자의 제1 측정영역, 제2 측정영역 및 나머지 영역으로 열을 가하여, 상기 열전소자의 제1 측정영역, 제2 측정영역 및 나머지 영역이 각각 기 설정된 온도를 갖도록 하는 펠티에 소자와 상기 펠티에 소자로 전류를 공급하는 소스미터와 상기 열전소자의 제1 측정영역과 제2 측정영역의 온도를 측정하는 온도 측정기와 상기 열전소자(110)에서 제백효과(Seebeck)에 의해 발생하는 전압을 측정하는 전압 측정기 및 상기 온도 측정기로부터 측정값을 수신하여 상기 소스미터를 제어하며, 상기 전압 측정기의 측정값을 토대로 상기 열전소자의 성능을 검사하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자 성능 검사장치를 제공한다.

Description

열전소자 성능 검사장치 및 방법{Apparatus and Method for Inspecting Thermoelectric Device`s Performance}
본 발명은 열전소자의 성능을 안정적이며 정확히 검사하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
고체 상태인 소재의 양단에 존재하는 온도차에 의해 열 의존성을 갖는 전자(혹은 홀)는 양단에서 농도차이가 발생하고 이것은 열기전력이라는 전기적인 현상으로 나타난다. 이러한 열전현상은 전기적 에너지를 생산하는 열전 발전과, 반대로 전기 공급에 의해 양단의 온도차를 유발하는 열전냉각/가열로 구분할 수 있다. 열전재료는 발전과 냉각 과정에서 오염물질의 배출이 없어 친환경적이고 지속가능한 장점을 가지고 있어서 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히 고열의 엔진, 화력발전, 소각장 등의 환경에서 발생하는 배기열과 폐열을 이용하여 열전발전을 하여 에너지 하베스팅(Energy Harvesting)을 할 수 있는 신재생 에너지 관련 분야에 대한 관심이 높다.
열전 발전특성으로서의 제백효과는 열전소자의 측정 대상위치 양단에 온도차가 주어졌을 경우, 측정 대상위치 양단에서 기전력이 발생하는 효과이다. 열전소자의 제백효과를 측정하기 위해 종래의 열전소자 성능 검사장치는 열전소자의 측정 대상위치 양단에 온도차를 발생시켜 발생하는 기전력의 크기를 측정함으로써 제백효과(제백계수)를 측정하였다. 그러나 열전소자의 측정 대상위치 양단에 온도차를 발생시킴에 있어 현실적인 다양한 변수가 존재하기에, 종래의 열전소자 성능 검사장치는 원하는 온도차를 쉽게 발생시키지 못해왔다. 더욱이, 원하는 온도차를 발생시키더라도 기전력 측정을 위한 시간동안 충분히 해당 온도차를 유지하지 못해, 종래의 열전소자 성능 검사장치가 측정한 기전력의 크기의 정확도나 신뢰도에 의문이 있었다.
본 발명의 일 실시예는, 열전소자의 성능, 특히 제백효과를 안정적이며 정확히 검사하는 열전소자 성능 검사장치 및 방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 자신의 상부에 배치된 열전소자의 제1 측정영역, 제2 측정영역 및 나머지 영역으로 열을 가하여, 상기 열전소자의 제1 측정영역, 제2 측정영역 및 나머지 영역이 각각 기 설정된 온도를 갖도록 하는 펠티에 소자와 상기 펠티에 소자로 전류를 공급하는 소스미터와 상기 열전소자의 제1 측정영역과 제2 측정영역의 온도를 측정하는 온도 측정기와 상기 열전소자(110)에서 제백효과(Seebeck)에 의해 발생하는 전압을 측정하는 전압 측정기 및 상기 온도 측정기로부터 측정값을 수신하여 상기 소스미터를 제어하며, 상기 전압 측정기의 측정값을 토대로 상기 열전소자의 성능을 검사하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자 성능 검사장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 펠티에 소자는 기 설정된 면적을 갖는 단위 펠티에 소자 복수 개로 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 단위 펠티에 소자는 상호 간에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 소스미터는 각 단위 펠티에 소자로 각각 전류를 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 펠티에 소자, 소스미터, 온도 측정기 및 전압 측정기를 포함하는 열전소자 성능 검사장치가 열전소자의 성능을 검사하는 방법에 있어서, 열전소자의 제1 측정영역 및 제2 측정영역과 접촉하는 펠티에 소자로 기 설정된 제1 크기의 전류를 인가하는 제1 인가과정과 상기 열전소자의 제1 측정영역과 제2 측정영역의 온도차가 목표치를 갖는지 여부를 판단하는 제1 판단과정과 상기 열전소자의 제1 측정영역과 제2 측정영역의 온도차가 목표치를 갖는 경우, 상기 열전소자의 제1 측정영역과 제2 측정영역을 제외한 나머지 영역과 접촉하는 필티에 소자로 기 설정된 제2 크기의 전류를 인가하는 제2 인가과정과 상기 열전소자의 제1 측정영역과 제2 측정영역의 온도차가 목표치를 기 설정된 시간동안 유지하는지 여부를 판단하는 제2 판단과정 및 상기 열전소자의 제1 측정영역과 제2 측정영역의 온도차가 목표치를 기 설정된 시간동안 유지하였을 경우, 상기 열전소자의 제1 측정영역과 제2 측정영역의 온도차가 목표치를 만족시킨 시점부터 기 설정된 시간이 지난 후 상기 열전소자에서 생성되는 전압을 측정하는 측정과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자 성능 검사방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 열전소자 성능 검사방법은 상기 열전소자의 제1 측정영역과 제2 측정영역의 온도차가 목표치를 갖지 못하는 경우, 상기 열전소자의 제1 측정영역 및 제2 측정영역과 접촉하는 펠티에 소자로 인가되는 전류의 크기를 변경하는 변경과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 열전소자 성능 검사방법은 상기 열전소자의 제1 측정영역과 제2 측정영역의 온도차가 목표치를 기 설정된 시간동안 유지하지 못하였을 경우, 상기 열전소자의 제1 측정영역과 제2 측정영역을 제외한 나머지 영역과 접촉하는 필티에 소자로 인가되는 전류의 크기를 변경하는 변경과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 열전소자의 성능, 특히 제백효과를 안정적이며 정확히 검사하여, 검사 결과의 신뢰도와 정확도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자 성능 검사장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 펠티에 소자를 보다 상세히 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자 성능 검사장치가 열전소자의 성능을 검사하는 방법을 도시한 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 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 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 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 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 의해서 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.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호 간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자 성능 검사장치의 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 펠티에 소자를 보다 상세히 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자 성능 검사장치(100)는 펠티에 소자(Peltier Device, 120), 소스미터(Source Meter, 130), 전압 측정기(140), 온도 측정기(150) 및 제어부(미도시)를 포함한다.
펠티에 소자(120)는 자신의 상단에 배치되는 열전소자(110)로 열을 가한다.
펠티에 소자(120)는 열전소자(110)가 배치될 수 있는 면적을 갖는다. 펠티에 소자(120)는 일정한 면적을 갖는 단위 펠티에 소자(210) 복수 개가 인접하여 배치된다. 이처럼 배치됨에 따라, 어떠한 면적이나 어떠한 형태를 갖는 열전소자(110)라도 성능 검사를 위해 측정 영역으로 열을 가할 수 있다.
단위 펠티에 소자(210) 복수 개가 인접하여 배치됨에 있어, 각 단위 펠티에 소자(210)들은 온전히 접하여 배치되는 것이 아니라, 기 설정된 간격만큼 떨어져 배치된다. 인접하게 배치된 단위 펠티에 소자(예를 들어, 210a와 210c) 간에 다른 온도를 갖도록 제어되는 상황이 존재하는데, 각 단위 펠티에 소자(210) 모두가 접하여 배치되는 경우 각 단위 펠티에 소자의 온도 제어에 있어 어려움이 존재할 수 있다. 이를 방지하기 위해, 각 단위 펠티에 소자(210)는 복수 개가 인접하여 배치되되, 온전히 접하여 배치되지는 않으며 기 설정된 간격만큼 떨어져 배치된다.
펠티에 소자(120)는 소스미터(130)로부터 전류를 인가받아, 열을 발생시킨다. 도 1 및 2에는 온전히 도시되어 있지 않으나, 각 단위 펠티에 소자(210)는 각각 서로 다른 소스미터(130)와 연결되어 전류를 각각 인가받는다. 단위 펠티에 소자(210)로 인가되는 전류량에 따라, 단위 펠티에 소자(210)의 온도(단위 펠티에 소자(210)가 가하는 열량)가 달라진다. 이처럼 펠티에 소자(120)는 단위 펠티에 소자(210)들을 포함함으로써, 열전소자의 측정부위와 접촉하는 단위 펠티에 소자(210a, 210b)나 열전소자의 그 외의 부위와 접촉하는 단위 펠티에 소자(210c)들의 온도를 다르게 설정할 수 있다.
소스미터(130)는 제어부(미도시)의 제어에 따라 펠티에 소자(120)로 전류를 인가한다. 각 소스미터(130)는 각 단위 펠티에 소자(210)에 연결되어, 단위 펠티에 소자(210)로 적절한 크기의 전류를 인가한다. 각 단위 펠티에 소자(210)는 열전소자(110)의 어떤 부위가 자신에 접촉하는지, 열전소자의 해당 부위의 온도를 어느 정도로 조정할 것인지에 따라 다른 온도를 가져야 한다. 이에, 소스미터(130)는 제어부(미도시)가 전술한 사정을 고려한 제어신호에 따라 각 단위 펠티에 소자(210)로 적절한 크기의 전류를 인가한다. 소스미터(130)는 펠티에 소자(120) 내 단위 펠티에 소자(210)의 개수만큼 구현되어 각 단위 펠티에 소자(210)에 각각 적절한 크기의 전류량을 인가할 수 있다. 또는, 배치될 열전소자의 크기나 배치 위치가 정해져 있을 경우, 소스미터(130)는 동일한 온도로 제어할 단위 펠티에 소자(210)의 영역 개수만큼 구현될 수도 있다.
또한, 소스미터(130)는 인가되는 전류의 크기를 변경하여 펠티에 소자(120)로부터 발생하는 열량을 조정할 뿐만 아니라, 인가되는 전류의 극성을 가변하여 펠티에 소자(120)의 온도를 조정할 수 있다.
전압 측정기(140)는 열전소자(110)에서 제백효과(Seebeck)에 의해 발생하는 전압을 측정한다. 펠티에 소자(120)에 의해 열전소자(110)의 제1 측정부위(110a)와 제2 측정부위(110b)에 성능 검증을 위한 기 설정된 온도차가 형성되어 기 설정된 시간을 유지할 경우, 전압 측정기(140)는 열전소자(110)의 각 측정부위에서 생성되는 전압을 측정한다. 다만, 전압 측정기(140)는 측정된 값의 정확도나 신뢰도 확보를 위해, 열전소자의 각 측정부위(110a, 110b)에 기 설정된 온도차가 형성되었을 때 바로 전압을 측정하는 것이 아니라 기 설정된 온도차가 형성된 후 기 설정된 시간 이후에 측정을 한다. 열전소자가 기 설정된 온도차를 적어도 기 설정된 시간 동안은 유지하고 있어야, 열 전도로 인해 열전소자의 해당 측정부위(110a, 110b)가 해당 온도(온도차)를 가지고 있을 것으로 합리적으로 추정할 수 있다. 또한, 열전소자가 기 설정된 온도차를 유지하고 있지 못할 경우, 전압 측정기가 측정하는 순간에 열전소자 양단간 온도가 기 설정된 온도차를 갖지 못할 수 있다. 이처럼 결과값의 정확도나 신뢰도를 저하시키는 요인을 최소화하기 위해, 전압 측정기(140)는 열전소자의 측정부위(110a, 110b)가 기 설정된 온도차가 형성한 후 기 설정된 시간 이후에 전압을 측정한다.
온도 측정기(150)는 열전소자(110)의 제1 측정부위(110a)와 제2 측정부위(110b)의 온도를 각각 측정한다. 온도 측정기(150)는 제1 측정부위(110a) 내 일 위치와 제2 측정부위(110b)의 일 위치의 온도를 각각 측정한다. 열전소자(110)의 각 측정부위(110a, 110b)가 측정을 위해 설정된 온도를 각각 가져, 양 측정부위간 온도차가 기 설정된 온도차를 가져야 한다. 각 측정부위(110a, 110b)가 설정된 온도를 갖도록, 소스미터(130)는 각 단위 펠티에 소자(210a, 210b)에 적절한 크기의 전류를 인가한다. 그러나 전류가 각 단위 펠티에 소자(210a, 210b)로 인가되는 상황에서 손실이 발생하고, 각 단위 펠티에 소자(210a, 210b)의 효율이 100%가 아니기 때문에 그로부터 손실이 발생하기도 하고, 각 단위 펠티에 소자(210a, 210b)에서 발생하는 열이 모두 열전소자(110)로 가해지는 것도 아니기 때문에, 이와 같은 다양한 원인에 의해 실제 환경에서는 각 단위 펠티에 소자(210a, 210b)에 적절한 크기의 전류가 인가된다 하여 인가된 전류에 부합하는 열량이 펠티에 소자로부터 발생하지 못한다. 이에 따라, 온도 측정기(150)는 열전소자(110)의 제1 측정부위(110a)와 제2 측정부위(110b)의 온도를 각각 측정하며, 측정한 온도를 제어부(미도시)로 피드백한다. 제어부(미도시)는 온도 측정기(150)로부터 피드백을 받아 온도차를 연산한 후, 각 단위 펠티에 소자(210a, 210b)로 인가되는 전류량을 조정한다.
제어부(미도시)는 온도 측정기(150)의 측정값을 토대로, 열전소자의 양 측정부위(110a, 110b)에 기 설정된 온도차가 형성되도록 소스미터(130a, 130b)를 제어하며, 전압 측정기(140)의 측정값을 토대로 열전소자의 성능(제백효과)을 검사한다. 이때, 제어부(미도시)는 열전소자의 나머지 부위(110c)에 기 설정된 온도가 형성되도록 소스미터(130c)를 함께 제어한다.
전술한 대로, 펠티에 소자(120)는 단위 펠티에 소자(210)가 인접하여 배치되는 형태를 갖는다. 열전소자(110)의 크기가 펠티에 소자(120) 전체의 크기보다 크지 않는 한, 펠티에 소자(120) 상으로 어떠한 형태나 크기의 열전소자(110)가 배치되더라도, 열전소자(110)의 제1 측정영역(110a)이 배치되는 단위 펠티에 소자(210a)가, 열전소자(110)의 제2 측정영역(110b)이 배치되는 단위 펠티에 소자(210b)가, 열전소자(110)의 나머지 영역(110c)이 배치되는 단위 펠티에 소자(210c)가 존재하게 된다. 즉, 펠티에 소자(120)는 열전소자(110)의 제1 측정영역(110a)과 제2 측정영역(110b)에만 일부 위치하는 것이 아니라, 해당 영역을 포함한 열전소자의 모든 영역을 포함하도록 배치된다.
열전소자(110)의 제1 측정영역(110a)과 제2 측정영역(110b)이 기 설정된 온도차를 갖기 위해서, 각 영역은 해당 온도차를 갖는 온도들로 설정되어야 한다. 예를 들어, 기 설정된 온도차가 50℃일 경우, 제1 측정영역은 70 또는 80℃로, 제2 측정영역은 20 또는 30℃로 설정되어야 한다. 제어부(미도시)는 각 영역들이 기 설정된 온도(온도차)를 갖도록 소스미터(130a, 130b)를 제어한다. 제어부(미도시)는 펠티에 소자가 특정 온도를 갖기 위해서 제공되어야 할 전류량을 저장하고 있기에, 펠티에 소자 내 각 영역들이 기 설정된 온도를 갖도록 하는 전류량을 제공하도록 소스미터(130a, 130b)를 제어한다.
다만, 전술한 대로, 소스미터(130)가 설정된 전류량을 제공하더라도 열전소자(110)의 제1 측정영역(110a)과 제2 측정영역(110b)이 기 설정된 온도차를 갖지 못할 가능성이 높다. 이에, 제어부(미도시)는 온도 측정기(150)로부터 양 영역의 온도를 수신하여, 양 영역간 (실제) 온도 차를 연산한다. 제어부(미도시)는 연산된 결과를 토대로 소스미터(130a)나 소스미터(130b)를 제어한다. 예를 들어, 기 설정된 온도차가 50℃인 경우에 있어, 제1 측정영역은 75℃이고 제2 측정영역은 20℃일 경우, 제어부(미도시)는 단위 펠티에 소자(210a)의 온도가 5℃ 하강하도록 소스미터(130a)를 제어하거나, 단위 펠티에 소자(210b)의 온도가 5℃ 상승하도록 소스미터(130b)를 제어하거나, 양 소스미터(130a, 130b) 모두를 제어할 수 있다. 이처럼 제어하여 열전소자(110)의 제1 측정영역(110a)과 제2 측정영역(110b)이 기 설정된 온도차를 갖도록 한다.
열전소자(110)의 양 측정영역(110a, 110b)이 기 설정된 온도차를 갖는다 하더라도, 이를 기 설정된 시간 동안 유지하는 것은 별개이다. 열전소자(110)의 표면에서 외부나 펠티에 소자(120)로 방열되는 열도 존재할 수 있고, 열전소자(110) 내에서 열 평형을 위한 전도가 발생할 수 있다, 이러한 문제에 따라, 소스미터(130a, 130b)로부터 적절한 크기의 전류가 단위 펠티에 소자(210a, 210b)로 인가된다 하더라도, 양 측정영역(110a, 110b)이 기 설정된 온도차를 기 설정된 시간동안 유지하지 못할 가능성이 높다. 특히, 종래의 열전소자 성능 검사장치는 열전소자의 측정영역에만 열을 가해왔고, 열전소자의 나머지 영역은 공기 중에 노출시켜왔다, 이에, 열전소자의 측정영역에 열이 가해지더라도 나머지 영역으로의 열 방출 또는 열 전도가 신속하게 진행되어 기 설정된 온도차를 기 설정된 시간동안 유지하는데 곤란함이 존재해왔다, 이를 방지하기 위해, 제어부(미도시)는 양 측정영역(110a, 110b)이 기 설정된 온도차를 갖도록 소스미터(130a, 130b)를 제어하는 것과는 별개로, 나머지 영역(110c)도 일정한 온도를 갖도록 소스미터(130c)를 제어한다. 제어부(미도시)는 소스미터(130c)를 제어하여 나머지 영역에 위치하는 단위 펠티에 소자(120c)가 일정한 온도를 갖도록 함으로써, 열전소자의 나머지 영역(110c)이 일정한 온도를 갖도록 할 수 있다. 열전소자의 나머지 영역(110c)이 일정한 온도를 가짐으로써, 나머지 영역으로의 열 방출 또는 열 전도가 둔화되는 효과를 발생시킨다. 제어부(미도시)는 나머지 영역(110c)의 온도가 양 측정영역(110a, 110b)의 온도의 사이값을 갖도록 소스미터(130c)를 제어한다. 제어부(미도시)는 나머지 영역(110c)의 온도가 전술한 사이값 중 일 온도를 갖도록 소스미터(130c)를 제어한 후, 온도 측정기(150)의 측정값을 파악하여 양 측정영역(110a, 110b)이 기 설정된 온도차를 기 설정된 시간동안 유지하는지를 파악한다. 유지할 경우, 제어부(미도시)는 (기 설정된 시간이 지난 후) 전압 측정기(140)로부터 전압값을 수신하여 열전소자(110)의 성능(제백계수)을 검사한다. 반면, 유지하지 못할 경우, 제어부(미도시)는 나머지 영역(110c)의 온도가 전술한 사이값 다른 일 온도를 갖도록 소스미터(130c)를 제어한 후, 온도 측정기(150)의 측정값을 파악하여 양 측정영역(110a, 110b)이 기 설정된 온도차를 기 설정된 시간동안 유지하는지를 파악한다. 전술한 과정을 거침에 따라, 양 측정영역(110a, 110b)이 기 설정된 온도차를 기 설정된 시간동안 유지하도록 나머지 영역(110c)의 온도를 제어할 수 있다. 이처럼, 제어함으로써, 제어부(미도시)는 열전소자의 성능을 검사함에 있어 상대적으로 정확하고 신뢰도 높은 결과를 확보할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자 성능 검사장치가 열전소자의 성능을 검사하는 방법을 도시한 순서도이다.
소스미터(130a, 130b)는 열전소자의 제1 측정영역(110a) 및 제2 측정영역(110b)과 접촉하는 각 펠티에 소자(210a, 210b)로 기 설정된 크기의 전류를 인가한다(S310). 제어부(미도시)는 열전소자의 제1 측정영역(110a) 및 제2 측정영역(110b)이 가져야 할 온도에 따라 인가해야 할 전류량을 저장해둔다. 이에, 제어부(미도시)는 소스미터(130a, 130b)가 해당 전류량을 각각 단위 펠티에 소자(210a, 210b)로 인가하도록 제어한다.
제어부(미도시)는 열전소자의 제1 측정영역과 제2 측정영역의 온도차가 목표치를 갖는지 여부를 판단한다(S320). 제어부(미도시)는 온도 측정기(150)로부터 수신한 측정값을 토대로 열전소자의 제1 측정영역과 제2 측정영역의 온도차가 목표치를 갖는지 여부를 판단한다.
열전소자의 제1 측정영역과 제2 측정영역의 온도차가 목표치를 갖지 못하는 경우, 제어부(미도시)는 각 단위 펠티에 소자(210a, 210b)로 인가되는 전류값을 변경하도록 소스미터(130a, 130b)를 제어한다. 전술한 경우, 제어부(미도시)는 열전소자의 제1 측정영역(110a) 및/또는 제2 측정영역(110b)의 온도가 가변하도록, 소스미터(130a, 130b)를 제어하여 각 단위 펠티에 소자(210a, 210b)로 인가되는 전류값을 변경한다.
열전소자의 제1 측정영역과 제2 측정영역의 온도차가 목표치를 갖는 경우, 소스미터(130c)는 열전소자의 나머지 영역(130c)과 접촉하는 필티에 소자(210c)로 기 설정된 크기의 전류를 인가한다(340). 제어부(미도시)는 열전소자의 나머지 영역(130c)이 기 설정된 온도(각 측정영역이 가질 온도의 사이값)를 갖도록 소스미터(130c)를 제어한다.
제어부(미도시)는 열전소자의 제1 측정영역과 제2 측정영역의 온도차가 목표치를 기 설정된 시간동안 유지하는지 여부를 판단한다(S350). 양 측정영역이 기 설정된 온도차를 기 설정된 시간동안 유지할 수 있어야, 전압 측정기(140)가 측정한 측정값에 정확도나 신뢰도가 확보될 수 있다.
열전소자의 제1 측정영역과 제2 측정영역의 온도차가 목표치를 기 설정된 시간동안 유지하였을 경우, 제어부(미도시)는 열전소자의 제1 측정영역과 제2 측정영역의 온도차가 목표치를 만족시킨 시점부터 기 설정된 시간이 지난 후 열전소자에서 생성되는 전압을 측정하도록 전압 측정기(140)를 제어한다(S360).
열전소자의 제1 측정영역과 제2 측정영역의 온도차가 목표치를 기 설정된 시간동안 유지하지 못하였을 경우, 제어부(미도시)는 단위 펠티에 소자(210c)로 인가되는 전류값을 변경하도록 소스미터(130c)를 제어한다(S370). 전술한 경우, 제어부(미도시)는 열전소자의 나머지 측정영역(110c)의 온도가 가변하도록, 소스미터(130c)를 제어하여 단위 펠티에 소자(210c)로 인가되는 전류값을 변경한다.
도 3에서는 각 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 각 도면에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 3은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 3에 도시된 과정들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 열전소자 성능 검사장치
110: 열전소자
120: 펠티에 소자
130: 소스미터
140: 전압 측정기
150: 온도 측정기
210: 단위 펠티에 소자

Claims (7)

  1. 자신의 상부에 배치된 열전소자의 제1 측정영역, 제2 측정영역 및 나머지 영역으로 열을 가하여, 상기 열전소자의 제1 측정영역, 제2 측정영역 및 나머지 영역이 각각 기 설정된 온도를 갖도록 하는 펠티에 소자;
    상기 펠티에 소자로 전류를 공급하는 소스미터;
    상기 열전소자의 제1 측정영역과 제2 측정영역의 온도를 측정하는 온도 측정기;
    상기 열전소자에서 제백효과(Seebeck)에 의해 발생하는 전압을 측정하는 전압 측정기; 및
    상기 온도 측정기로부터 측정값을 토대로 상기 제1 측정영역과 상기 제2 측정영역에 기 설정된 온도차가 형성되도록 상기 소스미터를 제어하며, 상기 전압 측정기의 측정값을 토대로 상기 열전소자의 성능을 검사하는 제어부를 포함하고,
    상기 펠티에 소자는 기 설정된 면적을 갖는 단위 펠티에 소자 복수개가 인접하여 배치되고,
    각 단위 펠티에 소자는 기 설정된 간격만큼 떨어져 배치되고,
    각 단위 펠티에 소자는 각각 서로 다른 소스미터와 연결되어 전류를 인가받으고,
    상기 소스미터는 인가되는 전류의 크기를 변경하여 상기 펠티에 소자로부터 발생하는 열량을 조정하며, 인가되는 전류의 극성을 가변하여 상기 펠티에 소자의 온도를 조정하고,
    상기 전압 측정기는 측정값의 정확도나 신뢰도 확보를 위해, 상기 열전소자의 각 측정영역에 기 설정된 온도차가 형성된 후 기 설정된 시간 이후에 발생하는 전압을 측정하고,
    상기 제어부는 상기 펠티에 소자가 특정 온도를 갖기 위해 제공되어야 할 전류량을 저장하고, 상기 펠티에 소자 내 각 영역들이 기 설정된 온도를 갖도록 하는 전류량을 제공하도록 각 소스미터를 제어하고,
    상기 제어부는 상기 제1 측정영역과 상기 제2 측정영역이 기 설정된 온도차를 갖도록 각 소소미터를 제어하는 것과는 별개로, 상기 나머지 영역으로 열 방출 또는 열 전도가 둔화되도록 상기 나머지 영역도 기 설정된 온도를 갖도록 소스미터를 제어하며,
    상기 제어부는 상기 나머지 영역의 온도가 상기 제1 측정영역과 상기 제2 측정영역의 온도의 사이값을 갖도록 소스미터를 제어하는 것을 특징으로 하는 열전소자 성능 검사장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 나머지 영역의 온도가 상기 제1 측정영역과 상기 제2 측정영역의 온도의 사이값 중 일 온도를 갖도록 소스미터를 제어한 후, 상기 제1 측정영역과 상기 제2 측정영역이 기 설정된 온도차를 기 설정된 시간 동안 유지하는지를 파악하는 것을 특징으로 하는 열전소자 성능 검사장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 측정영역과 상기 제2 측정영역이 기 설정된 온도차를 기 설정된 시간 동안 유지하는 경우, 상기 전압 측정기로부터 전압값을 수신하여 상기 열전소자의 성능을 검사하는 것을 특징으로 하는 열전소자 성능 검사장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 나머지 영역의 온도가 상기 제1 측정영역과 상기 제2 측정영역의 온도의 사이값 중 다른 일 온도를 갖도록 소스미터를 제어한 후, 상기 제1 측정영역과 상기 제2 측정영역이 기 설정된 온도차를 기 설정된 시간 동안 유지하는지를 파악하는 것을 특징으로 하는 열전소자 성능 검사장치.
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