KR102348805B1 - 열전발전소자가 구비된 pcb 단위발전체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열전발전소자가 구비된 PCB 단위발전체에 관한 것으로 다수개의 열전발전소자, 상기 열전발전소자에 끼움 고정되는 PCB 기판, 상기 열전발전소자의 음극, 양극과 연결되는 전력인출선, 소자별 전압이 검출되는 전압검출선, PCB 기판의 표면에 가해지는 압력이 감지되는 압전소자, 상기 압전소자와 연결되어 압착 정도가 검출되는 압전상태검출선, 상기 전력인출선, 전압검출선, 압전상태검출선으로 구성된 케이블이 연결되는 커넥터로 구성되어 소자 및 압착 정도의 진단과 PCB 단위발전체를 직렬, 병렬 구조로 선택 배치하여 사용 가능하고 손쉽게 분리 및 연결이 가능하도록 하여 PCB 단위발전체의 문제점 확인과 교체 및 제거가 원활할 수 있도록 한다.

Description

열전발전소자가 구비된 PCB 단위발전체 {PCB unit equipped with Thermoelectric element}

본 발명은 열전발전소자가 구비된 PCB 단위발전체에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 상부판과 하부판의 온도 차이로 기전력을 발생시키는 열전소자가 PCB 기판에 결합 구비되어 완성된 기능 단위체를 이용하여 발전효율을 극대화시킬 수 있도록 하는 열전발전소자가 구비된 PCB 단위발전체에 관한 것이다.

열전현상은 두 물질 사이에 전류를 인가함으로써 재료 접합부 양단에 발열 및 냉각이 이루어지거나(Peltier effect, 펠티에 효과) 역으로 두 물질 간의 온도차에 의해 기전력이 발생(Seebeck effect, 제백효과)하는 현상이고, 열전소자는 열을 전기로 혹은 전기를 열로 변환시키는 기능을 갖는 금속 또는 세라믹 소자를 말한다.

종래에는 주로 벌크 타입 또는 나노 타입으로 제작된 소자를 이용해 열전지수가 낮아 효율성이 낮았고 고효율은 제작비가 증가되는 한계가 있었다.

또한 전자제품에 없어서는 안될 중요한 요소로서 별도의 부품을 접속 및 배치하여 연결을 형성하는 기판인 PCB 기판(인쇄회로기판)에 이러한 소자를 탑재한 다양한 모듈들이 개발되었는데 등록특허공보 10-1469374 '고효율 열전발전모듈 및 그 제조방법', 공개특허공보 10-2010-0082394 'PCB 블록 및 그것을 포함하는 블록형 LED 모듈' 이 그에 해당된다.

상기 '고효율 열전발전모듈 및 그 제조방법'은 기판, 구리패드로 이루어진 하판과 나노 기둥을 다수 형성한 열전소자 층과 열전소자 층의 상면에 적층되고 구리패드로 이루어진 상판으로 이루어진 열전발전부품, 기판에 실장되어 열전발전부품들을 직렬로 연결시키는 부품연결회로로 구성되어 열전발전부품을 기판 위에 직렬 또는 병렬로 연결하여 대용량 및 안정적 전력을 생산할 수 있으나, 개별 소자의 부하 조절이나 고장, 압축 정도를 쉽게 판단하는데는 한계가 있다.

상기 'PCB 블록 및 그것을 포함하는 블록형 LED 모듈'은 LED 소자가 탑재되고 이웃 간에 측면끼리 맞대어 배치된 채 전기적 접속이 가능한 복수의 PCB 블록들로 구성되어 LED 소자들의 타입, 개수, 배열에 따라 PCB 블록을 적절히 배치하여 원하는 통합 PCB 및 그에 탑재되는 LED 모듈을 제작할 수 있으나, 개별 소자의 고장에 따른 분리, 대처가 쉽게 이루어지는데는 한계가 있다.

등록특허공보 10-1469374 '고효율 열전발전모듈 및 그 제조방법' 공개특허공보 10-2010-0082394 'PCB 블록 및 그것을 포함하는 블록형 LED 모듈'

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 열전발전소자 개별에 연결되어 소자별 전압이 검출되는 전압검출선을 구비하여 소자별 전압을 감지하고 이상을 진단할 수 있는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 PCB 기판에 가해지는 압력을 감지하는 압전소자와 압착 정도가 검출되는 압전상태검출선을 구비하여 열전달이 잘 이루어져 PCB 단위발전체의 효율을 높일 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

그리고 본 발명은 다수개의 PCB 단위발전체의 연결, 분리, 배치가 자유롭게 이루어질 수 있도록 커넥터를 구비하여 PCB 단위발전체의 효율적인 분리 및 연결이 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.

삭제

본 발명은 상부판과 하부판으로 구성되어 상부판과 하부판의 온도차이로 전기가 생산되는 다수개의 열전발전소자; 상기 다수개 열전발전소자의 상부판과 하부판 사이에 끼움되고 압착 고정되는 PCB기판; 상기 다수개의 열전발전소자에서 생산된 전력이 인출되는 전력인출선; 상기 열전발전소자 개별에 연결되어 소자별 전압이 검출되는 전압검출선; 상기 PCB 기판에 부착되어 상기 PCB 기판의 표면에 가해지는 압력이 감지되는 압전소자; 상기 압전소자와 연결되어 압착 정도가 검출되는 압전상태검출선; 을 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 PCB 단위발전체를 기술적 요지로 한다.

여기서, 상기 PCB 단위발전체는 상기 전력인출선, 전압검출선, 압전상태검출선의 케이블이 연결되는 커넥터; 상기 커넥터가 병렬연결 될 수 있도록 상기 커넥터 끝단부에 연결되는 병렬연결용포트; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 전력인출선은, 상기 열전발전소자의 양극과 연결되는 양극선;

상기 열전발전소자의 음극과 연결되는 음극선; 을 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압전소자는, 상기 PCB 기판의 길이방향으로 구성된 실리콘 밀봉구조 내에 설치되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 전압검출선과 압전상태검출선은, 상기 다수개의 열전발전소자의 길이방향 간격 사이로 유도되어 상기 PCB기판의 길이방향 일측 가장자리를 따라 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 열전발전소자가 구비된 PCB 단위발전체에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 하나의 열전발전소자가 문제가 생겼을 경우 소자별 전압을 감지하는 전압검출선을 통해 빠른 진단과 교체가 가능하여 원활하게 PCB 단위발전체를 구동 시킬 수 있다.

둘째, 열전발전소자의 효율이 높아지려면 밀착도가 높아져서 열전달이 잘 되어야 하는데 압전소자와 압전상태검출선을 통해 압착상태를 감시하여 PCB 기판 밀착도의 일정한 유지가 가능하도록 할 수 있다.

셋째, 하나의 소자 혹은 다수개의 소자에 문제가 생겼을 때도 PCB 단위발전체의 쉬운 교체 및 분리가 가능하며 원하는 용도에 맞는 배치(직렬, 병렬)가 가능할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PCB 단위발전체의 구성도
도 2는 도 1의 PCB 단위발전체가 포함하는 열전발전소자의 구성도
도 3은 도 1의 PCB 단위발전체가 포함하는 PCB 기판을 보여주기 위한 도면
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 PCB 단위발전체의 구성도
도 5는 도 4의 PCB 단위발전체에 커넥터가 부가된 구성도
도 6은 도 4의 PCB 단위발전체의 직렬배치를 보여주기 위한 도면
도 7은 도 4의 PCB 단위발전체의 병렬배치를 보여주기 위한 도면

이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PCB 단위발전체의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 PCB 단위발전체는 열전발전소자(100), PCB기판(200), 전력인출선(300), 전압검출선(400), 압전소자(500), 압전상태검출선(600), 커넥터(700)를 포함한다.

도 2는 도 1의 PCB 단위발전체가 포함하는 열전발전소자의 구성도이다. 도 2를 참조하면, 열전발전소자(100)는 상부판(110)과 하부판(120)으로 구성되어 상부판(110)과 하부판(120)의 온도차이로 전기가 생산되고 PCB기판(200)에 다수개가 결합 될 수 있는데 상부판(110), 하부판(120)을 구성하는 플레이트 일면에 전극이 형성되고 전극 위에 N형과 P형의 반도체 소자들을 교차 배열시켜 구비되도록 하며 상부판(110)과 하부판(120)의 일정 온도차에 의해 전압이 발생하여(제백효과) 전기에너지를 얻을 수 있게 된다.

도 3은 도 1의 PCB 단위발전체가 포함하는 PCB 기판을 보여주기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, PCB기판(200)은 다수개의 열전발전소자(100)가 끼워지는 형태로 형성된다.

PCB기판(200)에는 다수개의 열전발전소자(100)가 끼움고정될 수 있게 열전소자와 결합되는 내측 귀퉁이에 그루브, 돌기, 클립등이 형성될 수 있고, 이에 따라 열전발전소자(100)는 PCB기판(200)에 슬라이딩 끼움 혹은 삽입 끼움될 수 있으며 하나의 PCB기판(200)에 10개, 12개 다양한 개수의 열전발전소자(100)와 결합될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 다수개의 열전발전소자(100)는 각각 양극(1) 및 음극(2)을 갖고 서로 전기적으로 연결된다. 본 실시예에서 다수개의 열전발전소자(100)는 최초 열전발전소자(100)로부터 최후 열전발전소자(100)까지 직렬로 연결된다. 그러나, 다수개의 열전발전소자(100)의 전기적 연결이 직렬연결로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 다수개의 열전발전소자(100)는 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다.

전력인출선(300)은 다수개의 열전발전소자(100)에서 생산된 전력이 인출되는 선으로써 양극선(310), 음극선(320)으로 구성된다.

양극선(310)은 직렬로 연결된 다수의 열전발전소자(100) 중의 최초 열전발전소자(100)의 양극으로부터 PCB기판(200)에 형성된 인출단자(5)로 연결된다.

음극선(320)은 직렬로 연결된 다수의 열전발전소자(100) 중의 최후 열전발전소자(100)의 음극으로부터 PCB기판(200)에 형성된 인출단자(5)로 연결된다.

전압검출선(400)은 각각의 열전발전소자(100)로부터 PCB기판(200)에 형성된 인출단자(5)로 연결된다. 이러한 전압검출선(400)에 의해 열전발전소자(100) 별로 전압의 검출 및 확인이 가능하고 문제가 생긴 열전발전소자(100)를 쉽게 찾아내 교환 및 제거가 가능하다.

압전소자(500)는 PCB기판(200)에 부착되어 PCB기판(200)의 표면에 가해지는 압력을 감지한다. 압전소자(500)는 불필요한 면적을 최대한 줄이고 열전발전소자(100)간의 간격을 좁혀 효율을 높이기 위해 PCB기판의 길이방향 가장자리에 형성된 실리콘 밀봉구조(3) 내에 설치될 수 있다.

압전상태검출선(600)은 압전소자(500)로부터 PCB기판(200)에 형성된 인출단자(5)로 연결된다. 이러한 압출상대검출선(600)에 의해 열전발전소자(100)의 압착정도가 검출될 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 PCB 단위발전체의 구성도이다. 도 4를 참조하면, 압전소자(500)는 좌, 우로 구비된 열전발전소자(100)의 사이 공간에 설치될 수 있다. 그 외 다른구성은 도 1의 PCB 단위발전체와 동일하므로 설명을 생략한다.

도 5는 도 4의 PCB 단위발전체에 커넥터가 부가된 구성도이다. 도 5를 참조하면, 커넥터(700)에는 PCB기판(200)의 인출단자(5)로 인출된 전력인출선(300), 전압검출선(400), 압전상태검출선(600)으로 구성된 케이블(4)이 연결된다. 이때, 케이블(4)의 구조 및 형태는 도 5에 도시된 것으로 한정되지 않고 다양하게 변형될 수 있다.

한편, 인출단자(5)는 반드시 PCB기판(200)상에 형성되어야만 하는 것은 아니다. 예를 들어 인출단자(5)는 PCB기판(200)의 열이 전달되는 것을 방지하기 위하여 PCB기판(200)과 분리된 상태로 형성될 수도 있다.

또한 상기 전력인출선(300), 전압검출선(400), 압전상태검출선(600)은 별도의 인출단자(5) 없이 바로 커넥터에 연결될 수도 있다. 예를 들어 PCB기판(200)은 돌출된 연장부를 가지고 상기 전력인출선(300), 전압검출선(400), 압전상태검출선(600)은 그 연장부를 따라서 커넥터(700)에 연결될 수 있다.

도 6은 도 4의 PCB 단위발전체의 직렬배치를 보여주기 위한 도면이다. 도 6을 참조하면, 커넥터(700)의 좌, 우 양끝단에 끼움구조가 형성되어 커넥터(700)끼리 일직선으로 연결될 수 있도록 하여 PCB 단위발전체가 직렬 구조를 이룰 수 있도록 한다.

도 7은 도 4의 PCB 단위발전체의 병렬배치를 보여주기 위한 도면이다. 도 7을 참조하면, PCB 단위발전체는 병렬연결용부재(710)를 포함할 수 있다. 병렬연결용부재(710)는 2개의 커넥터(700)가 병렬연결되도록 연결기능을 수행하는데 병렬 구조로 놓여진 2개의 커넥터(700)의 양끝단이 서로 연결되게 하는 연결부 형태로 형성되어 PCB 단위발전체가 병렬 구조를 이룰 수 있도록 한다. 그리고 병렬연결용부재(710)는 도 7에 도시된 형태외에 다양한 형태로 형성될 수 있다.

이러한 PCB 단위발전체는 커넥터(700)를 통한 연결 및 분리가 가능하여 내부의 열전발전소자(100) 및 구성요소가 고장나거나 문제가 발생하게되면 해당 PCB 단위발전체만을 손쉽게 제거하거나 부분 적으로 수리하는 등 신속한 대응이 가능하다.

한편, 상기 전압검출선(400), 압전상태검출선(600)은 열전발전소자(100) 길이방향 간격 사이로 유도되어 PCB기판(200) 길이방향 일측 가장자리를 따라 배치될 수도 있다. 이는 PCB기판(200)의 가로폭을 줄여주고, 배선을 열의 영향을 최소로 받는 일측 끝단에 집중시켜 인입되는 열량을 낮추는 효과가 있다.

이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 도면은 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예로서 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.

따라서 본 발명은 상기한 실시예에 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

1 : 양극
2 : 음극
3 : 실리콘 밀봉구조
4 : 케이블
5 : 인출단자
100 : 열전발전소자
110 : 상부판
120 : 하부판
200 : PCB기판
300 : 전력인출선
310 : 양극선
320 : 음극선
400 : 전압검출선
500 : 압전소자
600 : 압전상태검출선
700 : 커넥터
710 : 병렬연결용포트

Claims (6)

1. 삭제
2. 상부판과 하부판으로 구성되어 상부판과 하부판의 온도차이로 전기가 생산되는 다수개의 열전발전소자;
   상기 다수개 열전발전소자의 상부판과 하부판 사이에 끼움되고 압착 고정되는 PCB기판;
   상기 다수개의 열전발전소자에서 생산된 전력이 인출되는 전력인출선;
   상기 열전발전소자 개별에 연결되어 소자별 전압이 검출되는 전압검출선;
   상기 PCB 기판에 부착되어 상기 PCB 기판의 표면에 가해지는 압력이 감지되는 압전소자;
   상기 압전소자와 연결되어 압착 정도가 검출되는 압전상태검출선;
   을 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전발전소자가 구비된 PCB 단위발전체.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 전력인출선, 전압검출선, 압전상태검출선의 케이블이 연결되는 커넥터;
   상기 커넥터가 병렬연결 될 수 있도록 상기 커넥터 끝단부에 연결되는 병렬연결용포트;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전발전소자가 구비된 PCB 단위발전체.
4. 제 2항에 있어서,
   상기 전력인출선은,
   상기 열전발전소자의 양극과 연결되는 양극선;
   상기 열전발전소자의 음극과 연결되는 음극선;
   을 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전발전소자가 구비된 PCB 단위발전체.
5. 제 2항에 있어서,
   상기 압전소자는,
   상기 PCB 기판의 길이방향으로 구성된 실리콘 밀봉구조 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 열전발전소자가 구비된 PCB 단위발전체.
6. 제 2항에 있어서,
   상기 전압검출선과 압전상태검출선은,
   상기 다수개의 열전발전소자의 길이방향 간격 사이로 유도되어 상기 PCB기판의 길이방향 일측 가장자리를 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 열전발전소자가 구비된 PCB 단위발전체.

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