KR102368047B1 - 열전효과를 갖는 열전도체 및 이를 포함하는 냉각-가열 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열전효과를 갖는 열전도체 및 이를 포함하는 냉각-가열 시스템에 관한 것으로, 상세하게는, 일면에 배치되는 제 1 열전도부; 타면에 배치되는 제 2 열전도부; ; 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부 사이에 배치되며, 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부 사이의 열 전달을 차단하는 절열부; 및 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부 사이에 배치되며, 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부를 가열 또는 냉각시키는 열전 소자부;를 포함하며, 상기 제 1 열전도부, 제 2 열전도부, 절열부 및 열전 소자부는 유연성을 갖는, 열전도체 및 이를 포함하는 냉각-가열 시스템일 수 있다.

Description

열전효과를 갖는 열전도체 및 이를 포함하는 냉각-가열 시스템{Heat conductor with thermoelectric effect and cooling-heating system comprising the same}
본 발명은 열전효과를 갖는 열전도체 및 이를 포함하는 냉각-가열 시스템에 관한 것이다.
열전 현상은 외부로부터 인가된 전류에 의해 소재 양단에 온도 차가 발생하는 펠티어 효과(Peltier effect)와 재료 양단의 온도 차로부터 발생하는 기전력을 이야기하는 지베크 효과(Seebeck effect)로 대표된다.
열전재료는 이러한 펠티어 효과(Peltier effect) 및 지베크 효과(Seebeck effect)가 나타나는 재료로서, 전자냉각과 열전발전에 다양하게 응용되고 있다. 그 중, 열전재료를 이용한 전자냉각모듈과 열전발전모듈은 p형 열전소자들과 n형 열전소자들이 전기적으로는 직렬 연결되어 있으며 열적으로는 병렬 연결된 구조를 갖는다. 열전모듈을 전자냉각용으로 사용하는 경우에는 모듈에 직류전류를 인가함으로써 p형 열전소자와 n형 열전소자에서 각기 정공과 전자의 이동에 의해 열이 저 온단 (cold junction) 부위에서 고 온단 (hot junction) 부위로 펌핑되어 저 온단 부위가 냉각된다.
열전재료의 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 온도 차만 부여하면 발전이 가능하여 이용 열원의 선택범위가 넓으며 구조가 간단하고 소음이 없어, 군사용 전원장치를 비롯한 특수소형 전원장치를 비롯하여 산업 폐열을 이용한 열전발전기, 자동차 폐열을 이용한 열전발전기 및 인체 열을 이용한 에너지 하비스팅용 미세 열전발전기 등으로 경제적 용도가 크게 증대하고 있다.
이러 관련된 종래의 기술로 대한민국 공개특허 제10-2011-0075755호에서는 펠티어 소자를 이용한 냉각장치가 개시된 바 있으며, 상세하게는, 발열체가 내장된 본체케이스의 내측에 별도의 내부케이스를 마련하고 펠티어 소자를 통해 발열체를 냉각시킴과 동시에 발열체 주변의 열을 순환시킨 다음 내부케이스 내부로 흡입하여 본체케이스의 외측으로 배출함에 따라 발열체의 냉각 효율을 증대시킬 수 있는 냉각장치에 관한 것이다.
하지만, 현재까지 열전소자에 대한 연구 및 개발은 보조전원, 냉각용 전자제품 등에 일부 적용된 기술일 뿐이며, 종래의 열전소자의 경우 신축성이 낮은 소재들로 이루어져 있어 최근 대두되고 있는 신축성 전자 소자 또는 유연 전자 소자로서 이용하거나 일상생활에 적용하기 위한 다양한 형태로 구현하는 데 한계가 있다.
대한민국 공개특허 제10-2011-0075755호
본 발명의 목적은 열전효과를 갖는 열전도체 및 이를 포함하는 냉각-가열 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 일 측면에서는
일면에 배치되는 제 1 열전도부;
타면에 배치되는 제 2 열전도부;
상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부 사이에 배치되며, 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부 사이의 열 전달을 차단하는 절열부; 및
상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부 사이에 배치되며, 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부를 가열 또는 냉각시키는 열전 소자부;를 포함하며,
상기 제 1 열전도부, 제 2 열전도부, 절열부 및 열전 소자부는 유연성을 갖는,
열전도체를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면에서는
제 1 공간부;
제 2 공간부; 및
일면에 배치되는 제 1 열전도부, 타면에 배치되는 제 2 열전도부, 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부 사이에 배치되며 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부 사이의 열 전달을 차단하는 절열부, 및 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부 사이에 배치되며 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부를 가열 또는 냉각시키는 열전 소자부,를 포함하는 열전도체를 포함하고,
상기 열전도체는 유연성을 가지며,
상기 제 1 열전도부는 상기 제 1 공간부를 둘러싸는 형태이고,
상기 제 2 열전도부는 상기 제 2 공간부를 둘러싸는 형태인
냉각-가열 시스템을 제공한다.
본 발명의 열전도체는 전류를 공급해줌으로써 일면을 냉각 또는 가열시킬 수 있고, 상기 일면이 냉각 또는 가열될 때 타면을 가열 또는 냉각시킬 수 있어, 냉각 및 가열을 동시에 수행할 수 있다.
또한, 전류의 방향을 바꿔줌으로써, 가열 또는 냉각되는 면을 용이하게 변경할 수 있고, 전류량을 조절하여 가열 또는 냉각되는 정도를 용이하게 조절할 수 있다.
또한, 유연성 및 신축성을 가져, 신축성 소자의 열전도체로 사용될 수 있고, 가열 또는 냉각시키기 위한 대상 물체의 형태에 따라 상기 열전도체의 형태를 용이하게 변형시킬 수 있어, 상기 열전도체가 대상 물체의 외면을 직접 접촉하여 냉각 또는 가열하도록 함으로써 냉각 또는 가열 효과를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 열전도체를 나타낸 평면도 및 정면도이고,
도 2는 열전소자의 펠티어 효과를 나타낸 그림이고,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 절열부 및 열전 소자부를 나타낸 모식도이고,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 열전도체에서 제 1 전류 방향에 따라 냉각 또는 가열되는 것을 나타낸 모식도이고,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 열전도체에서 제 2 전류 방향에 따라 냉각 또는 가열영역이 달라지는 것을 나타낸 모식도이고,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라, 복수의 열전 소자부를 전기적으로 병렬 연결한 그림이고,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라, 복수의 열전 소자부를 전기적으로 직렬 연결한 그림이고,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 냉각-가열 시스템을 나타낸 모식도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 하지만 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 본 발명의 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다.
또한, 본 발명의 명세서 전체에서 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다는 것은 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 발명의 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 열전도체를 나타낸 정면도이다.
본 발명의 일 측면은
일면에 배치되는 제 1 열전도부(10);
타면에 배치되는 제 2 열전도부(20);
상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부 사이에 배치되며, 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부 사이의 열 전달을 차단하는 절열부(30); 및
상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부 사이에 배치되며, 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부를 가열 또는 냉각시키는 열전 소자부(40);를 포함하며,
상기 제 1 열전도부, 제 2 열전도부, 절열부 및 열전 소자부는 유연성을 갖는 열전도체(100)를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 열전도체를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 열전도체(100)는 열전효과를 갖는 열전도체(100)일 수 있다. 즉, 종래의 열전도체(100)는 열을 전달하는 물체로, 주변을 가열시키거나 냉각시킬 뿐, 2가지의 기능을 수행할 수 없는 반면, 본 발명의 실시 예에 따른 열전도체(100)는 열전소자를 포함하여, 일면이 가열되면, 타면은 냉각될 수 있고, 전류의 방향을 바꿈으로써, 가열된 일면을 냉각되도록 하고, 냉각된 타면을 가열되도록 변경할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 열전도체(100)는 유연성 또는 신축성을 가질 수 있고, 상세하게는, 상기 제 1 열전도부(10), 제 2 열전도부(20), 절열부(30) 및 열전 소자부(40)는 유연성 또는 신축성을 가질 수 있고, 바람직하게는 유연성 또는 신축성을 갖는 섬유 소재로 구성될 수 있다.
이에, 상기 열전도체(100)는 유연성 또는 신축성이 요구되는 신축성 전자 소자 또는 플랙시블 전자 소자에 적용될 수 있고, 의자, 방석등의 일상용품에 사용될 수 있다 또한 신축, 굽힘 특성이 우수해 판상의 형태 이외에 다양한 형태로 변형할 수 있다.
일 예로, 상기 열전도체(100)는, 신축성 섬유로 구성된 유연성 또는 신축성 열전도체로, 물체의 외면을 둘러싸, 상기 물체를 직접적으로 가열 및 냉각시킬 수 있다. 또한, 상기 열저도체(100)는 일면이 제 1 물체의 외면을 둘러싸고, 타면이 제 2 물체의 외면을 둘러싸도록 형성하여, 제 1 물체가 냉각될 때, 상기 제 2 물체를 가열시킬 수 있고, 그 역도 가능할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 열전도체(100)는 일면 및 타면 사이에 절열부(30)를 포함할 수 있고, 상기 열전 소자부를 상기 절열부(30)에 직조하여 제 1 전도체(42)가 상기 제 1 열전도부(10) 및 절열부(30) 사이에 배치되고, 상기 제 2 전도체(44)가 상기 제 2 열전도부(20) 및 절열부(30) 사이에 배치되도록 함으로써, 상기 열전도체(100)의 일면이 가열될 때 상기 열전도체(100)의 타면이 냉각되고, 상기 열전도체(100)의 일면이 냉각될 때, 상기 열전도체(100)의 타면이 가열되는 효과를 나타낼 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 열전도체(100)는 일면에 배치되는 제 1 열전도부(10) 및 타면에 배치되는 제 2 열전도부(20)를 포함할 수 있다.
상기 제 1 열전도부(10) 및 제 2 열전도부(20)는 상기 열전도체(100)로부터 발생되는 열을 외부로 전달하기 위한 구성일 수 있다.
상기 제 1 열전도부(10) 및 제 2 열전도부(20)는 판상의 형태로, 열전도층 또는 열전도판일 수 있다.
또한, 상기 제 1 열전도부(10) 및 제 2 열전도부(20)는 유연성 또는 신축성을 가질 수 있고, 신축성 섬유로 구성될 수 있다. 이에, 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부(20)는 신축성 섬유를 포함하는 열전도 유연층 또는 열전도 유연판일 수 있다.
상기 제 1 열전도부(10)는 열전도성을 갖기 위해 제 1 열전도체를 포함할 수 있고 상기 제 2 열전도부(20)는 열전도성을 갖기 위해 제 2 열전도체를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제 1 열전도체 또는 제 2 열전도체는 금속일 수 있으나 이에 제한된 것은 아니며, 열전도성이 우수한 다른 물질일 수 있다.
일 예로, 상기 제 1 열전도체 또는 제 2 열전도체는 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 철(Fe), 금(Au), 백금(Pt), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 및 텅스텐(W) 중 적어도 하나인 금속일 수 있다.
상기 제 1 열전도체 및 제 2 열전도체는 서로 같은 열전도성 물질일 수 있고, 또는 다른 열전도성 물질일 수 있다.
상기 제 1 열전도부(10)는 유연성 또는 신축성을 가진 소재에 상기 제 1 열전도체가 코팅된 형태일 수 있고, 상기 제 2 열전도부(20)는 유연성 또는 신축성을 가진 소재에 상기 제 2 열전도체가 코팅된 형태일 수 있다.
이때, 상기 신축성을 가진 소재는, 신축성 섬유 또는 신축성 고분자 재료일 수 있다.
이에, 상기 제 1 열전도부(10) 및 제 2 열전도부(20)는 금속이 코팅된 신축성 섬유인 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 열전도체(100)는 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부 사이에 배치되며, 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부 사이의 열 전달을 차단하는 절열부(30)을 포함할 수 있다.
상기 절열부(30)는 제 1 열전도부의 온도 및 제 2 열전도부의 온도가 유지되도록 열 전달을 차단하는 절열층 또는 절열판일 수 있다.
상기 절열부(30)를 통해, 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부는 서로 상반된 온도 상태를 효과적으로 유지할 수 있다. 즉, 상기 제 1 열전도부가 냉각될 때, 상기 제 2 열전도부가 가열되고, 상기 제 1 열전도부가 가열될 때, 상기 제 2 열전도부가 냉각되는 상태를 효과적으로 유지할 수 있다.
상기 절열부(30)는 유연성 또는 신축성을 가질 수 있고, 절열성의 신축성 섬유 또는 신축성 고분자 복합재로 구성될 수 있다. 이에, 상기 절열부(30)는 신축성 섬유를 포함하는 절열 유연층 또는 절열 유연판일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 열전도체(100)는 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부 사이에 배치되며, 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부를 가열 또는 냉각시키는 열전 소자부(40)를 포함할 수 있다.
상기 열전 소자부(40)는 상기 열전도체(100)의 일면을 가열 또는 냉각시키고, 상기 일면이 가열 또는 냉각될 때, 상기 타면을 냉각 또는 가열시키기 위한 구성일 수 있다.
이를 위해, 상기 열전 소자부(40)는 열전소자를 포함할 수 있고, 유연성 또는 신축성을 갖는 소재에 상기 열전소자가 코팅된 형태일 수 있다.
상기 열전 소자부(40)는 열전소자를 포함하고, 상기 열전소자는 펠티어(Peltier) 효과를 갖는 펠티어 소자일 수 있다.
도 2는 열전소자의 펠티어 효과를 나타낸 그림으로, 도 2에 나타난 바와 같이, 열전소자의 p형 반도체 및 n형 반도체는 전기적으로 직렬 연결되어 있고, 열적으로는 병렬 연결된 구조로, 상기 열전소자에 직류 전류를 인가함으로써, 상기 p형 반도체 및 n형 반도체를 연결하는 전도체 부분은 가열될 수 있고, 상기 전류의 방향을 바꿔줌에 따라 냉각될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 절열부(30) 및 열전 소자부(40)를 나타낸 모식로, 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 열전 소자부(40)는 열전소자를 포함할 수 있고, 상기 열전소자는, p형 반도체(41); 상기 p형 반도체(41)와 전기적으로 직렬 연결된 제 1 전도체(42); 상기 제 1 전도체(42)와 전기적으로 직렬 연결된 n형 반도체(43); 및 상기 n형 반도체(43)와 전기적으로 연결된 제 2 전도체(44);를 포함할 수 있고, 상기 p형 반도체(41) 및 상기 n형 반도체(43)는 전기적으로 직렬 연결될 수 있고, 열적으로는 병렬 연결된 것일 수 있다.
이때, 상기 p형 반도체(41)는 p형 (Bi,Sb)2Te3, Sb2Te3, Bi2Te3, SiGe, (Pb,Sn)Te, PbTe, 스커터류다이트(skutterudite), AgPbmSbTe2+m, Zn4Sb3, MnSi, FeSi2, Mg2Si 및 이들의 혼합물 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 n형 반도체(43)은 n형 (Bi,Sb)2Te3, Sb2Te3, Bi2Te3, SiGe, (Pb,Sn)Te, PbTe, 스커터류다이트(skutterudite), AgPbmSbTe2+m, Zn4Sb3, MnSi, FeSi2, Mg2Si 및 이들의 혼합물 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 열전 소자부(40)는 직렬 연결된 복수 개의 열전소자를 포함할 수 있다. 이에 상기 열전 소자부(40)는, 상기 제 2 전도체와 전기적으로 연결된 p형 반도체(41'), 상기 p형 반도체(41')와 전기적으로 연결된 제 1 전도체(42'), 상기 제 1 전도체(42')와 전기적으로 연결된 n형 반도체(43'), 및 상기 n형 반도체(43')와 전기적으로 연결된 제 2 전도체(44')를 더 포함할 수 있다.
상기 열전 소자부(40)는 상기의 연결방식으로 p형 반도체, 제 1 전도체, n형 반도체 및 제 2 전도체를 상기 순서로 나열된 복수 개의 p형 반도체, 제 1 전도체, n형 반도체 및 제 2 전도체를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제 1 전도체 및 제 2 전도체는 전기 전도성이 우수한 물질로, 금속일 수 있고, 바람직하게는 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 철(Fe), 금(Au), 백금(Pt), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 및 텅스텐(W) 중 적어도 하나인 금속일 수 있고, 더욱 바람직하게는 은(Ag) 및 구리(Cu) 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 열전 소자부(40)는 유연성 또는 신축성을 유연판, 유연 띠 또는 유연층 에 상기 열전소자가 코팅된 형태일 수 있고, 바람직하게는, 상기 열전소자가 코팅된, 직조가능한 유연 띠 형태일 수 있다.
상기 열전 소자부(40)는 도 1에 나타난 바와 같이, 상기 열전소자의 상기 제 1 전도체(42)가 상기 제 1 열전도부(10) 및 절열부(30) 사이에 배치되고, 상기 제 2 전도체(44)가 상기 제 2 열전도부(20) 및 절열부(30) 사이에 배치되도록 상기 절열부(40)에 직조된 형태로 배치될 수 있다.
이를 통해, 상기 제 1 열전도부(10)는 상기 열전소자의 제 1 전도체(42)에 의해 열이 전달되어 가열 또는 냉각될 수 있고, 상기 제 2 열전도부(20)는 상기 열전소자의 제 2 전도체(44)에 의해 열이 전달되어 가열 또는 냉각될 수 있다.
이에, 본 발명의 실시 예에 따른 열전도체(100)는 가열 및 냉각 기능을 모두 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 열전도체(100)는 상기 열전 소자부(100)와 전기적으로 연결되는 전원부, 바람직하게는 열전소자와 전기적으로 연결되는 전원부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 열전도체(100)는 상기 전원부를 통해, 상기 열전소자로 전달되는 전류의 방향을 변경할 수 있고, 상기 열전소자에 전달되는 전류으 량을 조절하여 가열 또는 냉각되는 정도를 조절할 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 열전도체(100)가 상기 전원부에서 공급되는 전류의 방향에 따라 가열 또는 냉각되는 형태를 나타낸 모식도이다.
본 발명의 열전도체(100)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 제 1 방향으로 전류를 공급받음으로써 제 1 전도부(10)가 가열되고, 제 2 전도부(20)가 냉각될 수 있고, 도 5에 나타낸 바와 같이, 제 2 방향으로 전류를 공급받음으로써 제 1 전도부(10)가 냉각되고, 제 2 전도부(20)가 가열될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 열전도체(100)는 전기적으로 병렬 또는 직렬 연결된 복수의 열전 소자부(40)를 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라, 복수의 열전 소자부를 전기적으로 병렬 연결한 그림이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따라, 복수의 열전 소자부를 전기적으로 직렬렬 연결한 그림으로, 도 6 및 7에서와 같이, 상기 열전 소자부(40)는 열전소자가 코팅된 유연 띠 형태일 수 있고, 상기 유연 띠는 복수개가 전기적으로 병렬 또는 직렬 연결될 수 있다.
상기와 같은 방법으로 본 발명의 실시 예에 따른 열전도체(100)는 복수 개가 직렬 또는 병렬될 수 있다. 이에, 사용자가 원하는 크기로 가로 및 세로 크기를 형성할 수 있어, 활용성을 보다 높일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면은,
제 1 공간부(200);
제 2 공간부(300); 및
일면에 배치되는 제 1 열전도부(10), 타면에 배치되는 제 2 열전도부(20), 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부 사이에 배치되며 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부 사이의 열 전달을 차단하는 절열부(30), 및 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부 사이에 배치되며 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부를 가열 또는 냉각시키는 열전 소자부(40),를 포함하는 열전도체(100)를 포함하고,
상기 열전도체(100)는 유연성을 가지며,
상기 제 1 열전도부(10)는 상기 제 1 공간부(200)을 둘러싸는 형태이고,
상기 제 2 열전도부(20)는 상기 제 2 공간부(300)을 둘러싸는 형태인
냉각-가열 시스템(1)을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 냉각-가열 시스템(1)을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 냉각-가열 시스템(1)을 나타낸 모식도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 냉각-가열 시스템(1)은 유연성 또는 신축성을 갖는 열전도체(100)를 굽히거나 신축하여 형성한 냉각-가열 시스템일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 냉각-가열 시스템(1)은 제 1 공간부(200) 및 제 2 공간부(300)를 포함할 수 있다.
상기 제 1 공간부(200) 및 제 2 공간부(300)는 상기 열전도체(100)에 의해 가열 또는 냉각되는 공간으로, 상기 제 1 공간부(200)가 가열될 때, 상기 제 2 공간부(300)가 냉각될 수 있고, 상기 제 1 공간부(200)가 냉각될 때, 상기 제 2 공간부(300)가 가열될 수 있어 예를 들어 컵, 물병 등을 동시에 가열 및 냉각시키기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 냉각-가열 시스템(1)은 소형으로 형성될 수 있어 차량용 또는 휴대용으로 사용할 수 있고, 전기력에 의해 상기 제 1 공간부(100) 및 제 2 공간부(200)에 배치한 물체를 빠르게 냉각 및 가열시킬 수 있다. 이에 본 발명의 실시 예에 따른 냉각-가열 시스템(1)은 예를 들어, 컵을 차갑게 또는 뜨겁게 형성할 수 있고, 이를 동시에 수행할 수 있는 컵 홀더로 사용할 수 있다.
상기 제 1 공간부(200) 및 제 2 공간부(300)는 상기 열전도체(100)에 의해 형성된 공간일 수 있다. 즉, 유연성 및 신축성을 갖는 판상 또는 띠 형태의 열전도체(100)를 굽힘으로써 형성된 공간일 수 있다.
이때, 상기 제 1 공간부(200)는 상기 판상 또는 띠 형태의 열전도체(100)의 일단을 제 1 방향으로 굽혀 형성된 공간일 수 있고, 상기 제 2 공간부(300)는 상기 판상 또는 판상 또는 띠 형태의 열전도체(100)의 타단을 상기 제 1 방향과 반대되는 제 2 방향으로 굽혀 형성된 공간일 수 있다. 이에, 상기 열전도체(100)는 '∽'형태로 형성될 수 있고, 상기 제 1 공간부(200) 및 제 2 공간부(300)는 상기 '∽'형태에 형성된 공간일 수 있다.
상기 형태를 통해, 상기 제 1 공간부(200)는 상기 열전도체(100)의 제 1 전도부(10)에 의해 둘러싸일 수 있고, 상기 제 2 공간부(300)는 상기 열전도체(100)의 제 2 전도부(20)에 의해 둘러싸일 수 있다.
또한, 상기 제 1 전도부 및 제 2 전도부에 의해, 상기 제 1 공간부(200)가 가열될 때, 상기 제 2 공간부(300)는 냉각될 수 있고, 상기 제 1 공간부(200)가 냉각될 때, 상기 제 2 공간부(300)는 가열될 수 있다.
상기 제 1 공간부(200) 및 제 2 공간부(300)의 크기 및 형태는 사용하고자 하는 용도에 따라 달라질 수 있으나, 냉각 및 가열 효과를 동일하게 갖기 위해 동일한 형태 및 크기로 형성될 수 있다.
또한, 상기 냉각-가열 시스템(1)은 상기 제 2 공간부와 인접한 제 3 공간부 및 상기 제 3공간부와 인접한 제 4 공간부를 더 포함할 수 있고, 상기 제 3 공간부 및 제 4 공간부는 상기 제 1 공간부 및 상기 제 2 공간부와 동일한 방법 및 구성으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 제 1 공간부가 가열될 때, 상기 제 2 공간부는 냉각, 제 3공간부는 가열, 제 4 공간부는 냉각될 수 있고, 상기 제 1 공간부가 냉각될 때, 상기 제 2 공간부는 가열, 제 3 공간부는 냉각, 제 4 공간부는 가열될 수 있다.
상기와 같이, 상기 냉각-가열 시스템(1)은 직렬로 나열된 복수의 공간부를 포함할 수 있고, 상기 직렬로 나열된 복수의 공간부는 가열 및 냉각을 교번하며 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 냉각-가열 시스템(1)은 일면에 배치되는 제 1 열전도부(10), 타면에 배치되는 제 2 열전도부(20), 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부 사이에 배치되며 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부 사이의 열 전달을 차단하는 절열부(30), 및 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부 사이에 배치되며 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부를 가열 또는 냉각시키는 열전 소자부(40),를 포함하는 열전도체(100)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제 1 열전도부(10) 및 제 2 열전도부(20)는 상기 열전도체(100)로부터 발생되는 열을 외부로 전달하기 위한 구성일 수 있다.
또한, 상기 제 1 열전도부(10) 및 제 2 열전도부(20)는 유연성 또는 신축성을 가질 수 있고, 신축성 섬유로 구성될 수 있다. 이에, 상기 제 1 열전도부(10) 및 제 2 열전도부(20)는 신축성 섬유를 포함하는 열전도 유연 띠일 수 있다.
상기 제 1 열전도부(10)는 열전도성을 갖기 위해 제 1 열전도체를 포함할 수 있고 상기 제 2 열전도부(20)는 열전도성을 갖기 위해 제 2 열전도체를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제 1 열전도체 및 제 2 열전도체는 금속일 수 있으나 이에 제한된 것은 아니며, 열전도성이 우수한 다른 물질일 수 있다. 상기 제 1 열전도체 및 제 2 열전도체는 서로 같은 열전도성 물질일 수 있고, 또는 다른 열전도성 물질일 수 있다.
상기 제 1 열전도부(10)는 유연성 또는 신축성을 가진 소재에 상기 제 1 열전도체가 코팅된 형태일 수 있고, 상기 제 2 열전도부(20)는 유연성 또는 신축성을 가진 소재에 상기 제 2 열전도체가 코팅된 형태일 수 있고, 상기 제 1 열전도부(10) 및 제 2 열전도부(20)는 금속이 코팅된 신축성 섬유인 것이 바람직할 수 있다.
상기 열전도체(100)는 상기 제 1 열전도부(10) 및 제 2 열전도부(20) 사이에 배치되며, 상기 제 1 열전도부(10) 및 제 2 열전도부(20) 사이의 열 전달을 차단하는 절열부(30)을 포함할 수 있다.
상기 절열부(30)는 제 1 열전도부의 온도 및 제 2 열전도부의 온도가 유지되도록 열 전달을 차단하는 절열층일 수 있다.
상기 절열부(30)를 통해, 상기 제 1 열전도부(10) 및 제 2 열전도부(20)는 서로 상반된 효과를 나타낼 수 있다. 즉, 상기 제 1 열전도부(10)가 냉각될 때, 상기 제 2 열전도부(20)가 가열되고, 상기 제 1 열전도부(10)가 가열될 때, 상기 제 2 열전도부(20)가 냉각되는 상태를 효과적으로 유지할 수 있다.
상기 절열부(30)는 유연성 또는 신축성을 가질 수 있고, 신축성 섬유로 구성될 수 있다. 이에, 상기 절열부(30)는 신축성 섬유를 포함하는 절열 유연띠일 수 있다.
상기 열전도체(100)는 상기 제 1 열전도부(10) 및 제 2 열전도부(20) 사이에 배치되며, 상기 제 1 열전도부(10) 및 제 2 열전도부(20)를 가열 또는 냉각시키는 열전 소자부(40)를 포함할 수 있다.
상기 열전 소자부(40)는 상기 열전도체(100)의 일면을 가열 또는 냉각시키고, 상기 일면이 가열 또는 냉각될 때, 상기 타면을 냉각 또는 가열시키기 위한 구성일 수 있다.
이를 위해, 상기 열전 소자부(40)는 열전소자를 포함할 수 있고, 유연성 또는 신축성을 갖는 소재에 상기 열전소자가 코팅된 형태일 수 있다.
상기 열전 소자부(40)는 열전소자를 포함하고, 상기 열전소자는 펠티어(Peltier) 효과를 갖는 펠티어 소자일 수 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 열전 소자부(40)는 열전소자를 포함할 수 있고, 상기 열전소자는, p형 반도체(41); 상기 p형 반도체(41)와 전기적으로 연결된 제 1 전도체(42); 상기 제 1 전도체(42)와 전기적으로 연결된 n형 반도체(43); 및 상기 n형 반도체(43)와 전기적으로 연결된 제 2 전도체(44);를 포함할 수 있다.
또한, 상기 열전 소자부(40)는 직렬 연결된 복수 개의 열전소자를 포함할 수 있다. 이에 상기 열전 소자부(40)는, 상기 제 2 전도체와 전기적으로 연결된 p형 반도체(41'), 상기 p형 반도체(41')와 전기적으로 연결된 제 1 전도체(42'), 상기 제 1 전도체(42')와 전기적으로 연결된 n형 반도체(43'), 및 상기 n형 반도체(43')와 전기적으로 연결된 제 2 전도체(44')를 더 포함할 수 있다.
상기 열전 소자부(40)는 상기의 연결방식으로 복수개의 p형 반도체, 제 1 전도체, n형 반도체 및 제 2 전도체를 나열할 수 있다.
이때, 상기 제 1 전도체(42) 및 제 2 전도체(44)는 전기 전도성이 우수한 물질로, 금속일 수 있고, 바람직하게는 은 또는 구리일 수 있다.
또한, 상기 열전 소자부(40)는 상기 열전소자가 코팅된, 직조가능한 유연 띠의 형태일 수 있다.
상기 열전 소자부(40)는 도 1에 나타난 바와 같이, 상기 열전소자의 상기 제 1 전도체(42)가 상기 제 1 열전도부(10) 및 절열부(30) 사이에 배치되고, 상기 제 2 전도체(44)가 상기 제 2 열전도부(20) 및 절열부(30) 사이에 배치되도록 상기 절열부(40)에 직조된 형태로 배치될 수 있다.
이를 통해, 상기 제 1 열전도부(10)는 상기 열전소자의 제 1 전도체(42)에 의해 열이 전달되어 가열 또는 냉각될 수 있고, 상기 제 2 열전도부(20)는 상기 열전소자의 제 2 전도체(44)에 의해 열이 전달되어 가열 또는 냉각될 수 있다.
이에, 본 발명의 실시 예에 냉각-가열 시스템(1)은 가열 및 냉각 기능을 모두 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 냉각-가열 시스템(1)은 상기 열전 소자부(100)와 전기적으로 연결되는 전원부, 바람직하게는 열전소자와 전기적으로 연결되는 전원부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 냉각-가열 시스템(1)은 상기 전원부를 통해, 상기 열전소자로 전달되는 전류의 방향을 변경할 수 있고, 상기 열전소자에 전달되는 전류의 량을 조절하여 가열 또는 냉각되는 정도를 조절할 수 있다.
이를 통해, 본 발명의 실시 예에 냉각-가열 시스템(1)은 제 1 방향으로 전류를 가하여 제 1 전도부(10)를 가열하고, 제 2 전도부(20)를 냉각함으로써, 상기 제 1 전도부(10)에 의해 둘러싸인 상기 제 1 공간부(200)내에 배치되는 물체를 가열하고 상기 제 2 전도부(20)에 의해 둘러싸인 제 2 공간부(300)내에 배치되는 물체를 냉각할 수 있고, 상기 제 1 방향과 반대방향인 제 2 방향으로 전류를 가하여 제 1 전도부(10)를 냉각하고, 제 2 전도부(20)를 가열함으로써, 상기 제 1 전도부(10)에 의해 둘러싸인 상기 제 1 공간부(200)내에 배치되는 물체를 냉각하고 상기 제 2 전도부(20)에 의해 둘러싸인 제 2 공간부(300)내에 배치되는 물체를 가열할 수 있다.
1: 냉각-가열 시스템
10: 제 1 전도부
20: 제 2 전도부
30: 절열부
40: 열전 소자부
41: p형 반도체
42: 제 1 전도체
43: n형 반도체
44: 제 2 반도체
200: 제 1 공간부
300: 제 2 공간부

Claims (9)

  1. 일면에 배치되는 제 1 열전도부;
    타면에 배치되는 제 2 열전도부;
    상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부 사이에 배치되며, 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부 사이의 열 전달을 차단하는 절열부; 및
    상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부 사이에 배치되며, 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부를 가열 또는 냉각시키는 열전 소자부;를 포함하며,
    상기 제 1 열전도부, 제 2 열전도부, 절열부 및 열전 소자부는 유연성을 가지며,
    상기 제 1 열전도부는 제 1 공간부를 둘러싸는 형태이고,
    상기 제 2 열전도부는 제 2 공간부를 둘러싸는 형태인,
    열전도체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전 소자부는 열전소자를 포함하고,
    상기 열전소자는
    p형 반도체;
    상기 p형 반도체와 전기적으로 직렬 연결된 제 1 전도체;
    상기 제 1 전도체와 전기적으로 직렬 연결된 n형 반도체; 및
    상기 n형 반도체와 전기적으로 연결된 제 2 전도체;를 포함하는,
    열전도체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 전도체는 상기 제 1 열전도부 및 절열부 사이에 배치되고,
    상기 제 2 전도체는 상기 제 2 열전도부 및 절열부 사이에 배치되는,
    열전도체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전도체는 전기적으로 병렬 또는 직렬 연결된 복수의 열전 소자부를 포함하는,
    열전도체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 열전도체는
    상기 열전 소자부와 전기적으로 연결되는 전원부;를 더 포함하는,
    열전도체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전원부는 상기 열전 소자부로 공급되는 전류의 방향을 변경하는,
    열전도체.
  7. 제 1 공간부;
    제 2 공간부; 및
    일면에 배치되는 제 1 열전도부, 타면에 배치되는 제 2 열전도부, 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부 사이에 배치되며 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부 사이의 열 전달을 차단하는 절열부, 및 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부 사이에 배치되며 상기 제 1 열전도부 및 제 2 열전도부를 가열 또는 냉각시키는 열전 소자부,를 포함하는 열전도체를 포함하고,
    상기 열전도체는 유연성을 가지며,
    상기 제 1 열전도부는 상기 제 1 공간부를 둘러싸는 형태이고,
    상기 제 2 열전도부는 상기 제 2 공간부를 둘러싸는 형태인
    냉각-가열 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 열전도체는,
    상기 열전 소자부와 전기적으로 연결되는 전원부;를 더 포함하는,
    냉각-가열 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전원부는 상기 열전 소자부로 공급되는 전류의 방향을 변경하는,
    냉각-가열 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100620913B1 (ko) * 2005-09-07 2006-09-07 이기철 열전 모듈

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