KR102395300B1

KR102395300B1 - 열전 소자 유닛, 열전 소자 유닛을 포함하는 열전 모듈 및 열전 소자 유닛의 제조 방법

Info

Publication number: KR102395300B1
Application number: KR1020170140470A
Authority: KR
Inventors: 김병욱; 곽진우
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2017-10-26
Filing date: 2017-10-26
Publication date: 2022-05-09
Also published as: DE102017221339A1; US20190131506A1; CN109713116B; CN109713116A; DE102017221339B4; US10468572B2; US20200052179A1; KR20190046550A; US10930833B2

Abstract

본 발명은, 열전 모듈에 관한 것으로서, 복수의 열전 소자들; 및 상기 열전 소자들마다 각각 미리 정해진 개수만큼씩 매설되는 복수의 전극들을 포함하고, 상기 복수의 전극들 중 적어도 하나는, 상기 열전 소자들 중 당해 전극이 매설된 열전 소자의 외부로 돌출되는 단자부를 구비한다.

Description

열전 소자 유닛, 열전 소자 유닛을 포함하는 열전 모듈 및 열전 소자 유닛의 제조 방법{Thermoelectric element unit, thermoelectric module having the same, manufacturing the same}

본 발명은 열전 소자 유닛, 열전 소자 유닛을 포함하는 열전 모듈 및 열전 소자 유닛의 제조 방법에 관한 것이다.

최근에는, 열전 소자의 양단 사이의 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 제베크 효과(Seebeck effect)를 이용해 차량과 같은 장치로부터 배출되는 폐열을 회수 가능한 열전 모듈의 사용량이 증가하고 있다.

종래의 열전 모듈은, 서로 반대 극성을 갖고 교대로 배열되는 N형 열전 소자 및 P형 열전 소자와, 열전 소자들을 전기적으로 연결하는 전극과, 열전 소자와 전극 사이에 개재되어 열전 소자와 전극을 접합하는 접합층 등을 포함한다.

그런데, 일반적으로 열전 소자와 전극은 서로 다른 열 팽창 계수를 갖는다. 이로 인해, 열전 모듈의 사용 시, 열전 소자와 전극이 서로 다른 비율로 열 팽창됨으로 인해 이러한 열전 소자와 전극 사이에 개재된 접합층에는 열 응력이 작용한다. 따라서, 종래의 열전 모듈은, 열 응력으로 인해 접합층이 파손됨으로써, 열전 모듈의 성능이 저하되거나 열전 모듈을 사용할 수 없는 경우가 빈번하게 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은, 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 열전 소자와 전극 간의 열 팽창 계수의 열 팽창 계수의 차이로 인해 열전 모듈이 파손되지 않도록 개선한 열전 소자 유닛, 열전 소자 유닛을 포함하는 열전 모듈 및 열전 소자 유닛의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열전 소자 유닛은 열전 소자, 및 상기 열전 소자의 외부로 돌출되는 단자부를 구비하고, 상기 열전 소자에 매설되는 적어도 하나의 전극을 포함하고, 상기 전극은 상기 열전 소자와는 독립되게 열 팽창될 수 있도록, 상기 열전 소자와 상기 전극 사이의 계면을 따라 슬라이딩 이동 가능하게 마련될 수 있다.

바람직하게, 상기 적어도 하나의 전극은, 길이 방향을 따라 길게 연장된 봉 또는 막대 형상을 갖고, 상기 길이 방향을 따라 상기 열전 소자를 관통하도록 설치된다.

바람직하게, 상기 열전 소자는 미리 정해진 소결 온도를 갖는 열전 소재 소결체로 구성되고, 상기 전극은 상기 소결 온도에 비해 높은 용융 온도를 갖는 전극 소재로 구성된다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 열전 모듈은 복수의 열전 소자들, 및 상기 열전 소자들마다 각각 미리 정해진 개수만큼씩 슬라이딩 이동 가능하게 매설되는 복수의 전극들을 포함하고, 상기 복수의 전극들 중 적어도 하나는 상기 열전 소자들 중 당해 전극이 매설된 열전 소자의 외부로 돌출되는 단자부를 구비할 수 있다.

바람직하게, 상기 열전 소자들은 각각 미리 정해진 소결 온도를 갖는 열전 소재 소결체로 구성되고, 상기 전극들은 각각 상기 소결 온도에 비해 높은 용융 온도를 갖는 전극 소재로 구성된다.

바람직하게, 상기 전극들은, 상기 전극들 중 어느 하나의 전극의 상기 단자부와, 상기 전극들 중 다른 하나의 전극의 상기 단자부의 연결에 의해 전기적으로 연결된다.

바람직하게, 상기 어느 하나의 전극의 상기 단자부와, 상기 다른 하나의 전극의 상기 단자부를 전기적으로 연결하는 연결 부재를 더 포함한다.

바람직하게, 상기 연결 부재는, 상기 어느 하나의 전극의 상기 단자부에 장착되는 암 커넥터와, 상기 다른 하나의 전극의 상기 단자부에 장착되며, 상기 암 커넥터와 분리 가능하게 결합되는 수 커넥터를 구비한다.

바람직하게, 상기 연결 부재는, 상기 어느 하나의 전극의 상기 단자부에 탄성 결합되는 제1 탄성 후크와, 상기 다른 하나의 전극의 상기 단자부에 탄성 결합되는 제2 탄성 후크와, 상기 제1 탄성 후크와 상기 제2 탄성 후크를 전기적으로 연결하는 연결부를 구비한다.

바람직하게, 상기 열전 소자들 중 서로 동일한 열전 소자에 함께 매설된 상기 전극들은, 적어도 일부분이 서로 접촉되도록 배치된다.

바람직하게, 상기 열전 소자들 중 서로 동일한 열전 소자에 함께 매설된 상기 전극들은, 메쉬 형태로 배치된다.

바람직하게, 상기 전극들은 각각, 길이 방향을 따라 길게 연장된 봉 또는 막대 형상을 갖고, 상기 열전 소자들 중 당해 전극이 매설된 열전 소자를 상기 길이 방향으로 관통하도록 설치된다.

바람직하게, 상기 열전 소자들 중 적어도 하나의 외측면에 배치되는 적어도 하나의 절연층을 더 포함한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른 열전 소자 유닛의 제조 방법은 (a) 열전 소재 파우더에 전극이 매설되도록 상기 열전 소재 파우더와 상기 전극을 적층하는 단계, 및 (b) 상기 열전 소재 파우더를 소결하여, 열전 소재 소결체로 구성되며 상기 전극이 매설된 열전 소자를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 전극은 상기 열전 소자와 상기 전극 사이의 계면을 따라 슬라이딩 이동 가능하게 마련될 수 있다.

바람직하게, 상기 (a) 단계는, 상기 전극의 양측 단부 중 적어도 일측 단부가 상기 열전 소재 파우더의 외부로 돌출되도록 수행한다.

바람직하게, 상기 열전 소재 파우더는 상기 전극의 용융 온도에 비해 낮은 소결 온도를 갖고, 상기 (b) 단계는 상기 용융 온도에 비해 낮은 분위기 온도 하에서 수행한다.

바람직하게, 상기 (a) 단계는, (a1) 상기 열전 소재 파우더를 하부 몰드에 미리 정해진 높이까지 충전하고, 상기 전극을 상기 하부 몰드의 미리 정해진 위치에 안착시키는 단계; (a2) 상기 하부 몰드의 상부에 상부 몰드를 장착하는 단계; 및 (a3) 상기 전극이 상기 열전 소재 파우더에 매설되도록 상기 열전 소재 파우더를 상기 상부 몰드에 미리 정해진 높이까지 충전하는 단계를 포함한다.

바람직하게, 상기 하부 몰드는 상기 전극을 거치 가능하도록 형성되는 거치홈을 구비하고, 상기 (a1) 단계는, 상기 전극을 상기 거치홈에 거치하여 수행한다.

바람직하게, 상기 상부 몰드는, 상기 거치홈에 삽입 가능하도록 형성되는 고정 돌기를 구비하고, 상기 (a2) 단계는, 상기 전극이 고정되도록 상기 고정 돌기를 상기 거치홈에 삽입하여 수행한다.

바람직하게, (c) 상기 (b) 단계 이후에 수행하며, 상기 하부 몰드와 상기 상부 몰드를 상기 열전 소자와 상기 전극으로부터 분리하는 단계를 더 포함한다.

본 발명에 따른 열전 소자 유닛, 열전 소자 유닛을 포함하는 열전 모듈 및 열전 소자 유닛의 제조 방법은, 별도의 접합재의 사용 없이 전극을 열전 소자에 매설하는 방법을 통해 열전 소자와 전극 사이에 작용하는 열 응력을 최소화시킴으로써, 이러한 열 응력에 의해 열전 모듈의 성능이 저하되거나 열전 모듈이 파손되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 정면도.
도 2는 도 1에 도시된 열전 소자 유닛의 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 전극이 열 팽창되는 양상을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전 모듈이 포함하는 열전 소자 유닛의 사시도.
도 5는 도 4에 도시된 전극들이 메쉬 형태로 적층된 일 양상을 나타내는 도면.
도 6은 도 4에 도시된 전극들이 메쉬 형태로 적층된 다른 양상을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 열전 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 정면도.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 열전 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 정면도.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 열전 모듈이 포함하는 열전 소자 유닛의 사시도.
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 열전 모듈이 포함하는 열전 소자 유닛의 사시도.
도 11은 본 발명의 제7 실시예에 따른 열전 모듈이 포함하는 열전 소자 유닛의 정면도.
도 12는 본 발명의 제8 실시예에 따른 열전 모듈이 포함하는 열전 소자 유닛들 간의 결합 관계를 나타내는 평면도.
도 13은 본 발명의 제9 실시예에 따른 열전 소자 유닛의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 14 내지 도 21은 도 13에 도시된 각각의 단계를 수행하는 양상을 나타내는 도면.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 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 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 정면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 열전 소자 유닛의 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 전극이 열 팽창되는 양상을 나타내는 도면이다. 도 1 내지 도 3에 있어서, 길이 방향은 열전 소자(20)의 길이 방향을 말하고, 폭 방향은 열전 소자(20)의 폭 방향을 말한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전 모듈(1)은, 전기적으로 상호 연결된 복수의 열전 소자 유닛들(10)을 포함한다. 열전 소자 유닛(10)이란, 열전 소자(20)와 전극(30)이 서로 일체를 이루도록 결합된 단위체를 말한다. 설명의 편의를 위해 이하에서는, 이러한 열전 소자 유닛(10)에 대해 설명한 후 열전 모듈(1)에 대하여 설명하기로 한다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 열전 소자 유닛(10)은, 열전 소자(20)와, 열전 소자(20)에 매설되는 적어도 하나의 전극(30)을 포함한다.

열전 소자(20)는 열전 소재 파우더(P)가 소결되어 형성된 열전 소재 소결체로 구성된다. 이러한 열전 소자(20)는 후술할 전극(30)의 용융 온도에 비해 낮은 소결 온도를 갖는 열전 소재로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 열전 소자(20)는, silicide 계, skutterudites 계, BiTe 계 등의 열전 소재로 형성될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 열전 소자(20)는, 서로 반대 극성을 갖는 제1 열전 소자(20a)와 제2 열전 소자(20b)를 구비한다. 예를 들어, 제1 열전 소자(20a)가 N형 열전 소자(20)인 경우에 제2 열전 소자(20b)는 P형 열전 소자이고, 제1 열전 소자(20a)가 P형 열전 소자(20)인 경우에 제2 열전 소자(20b)는 N형 열전 소자이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 제1 열전 소자(20a)와 제2 열전 소자(20b)는, 열전 소자(20)의 폭 방향을 따라 미리 정해진 간격을 두고 교대로 배치된다.

전극(30)은 전극(30)의 길이 방향을 따라 길게 연장된 봉 또는 막대 형상을 갖는다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 전극(30)은, 전극(30)의 길이 방향, 달리 말하면, 열전 소자(20)의 폭 방향을 따라 열전 소자(20)를 관통하도록, 열전 소자(20)에 매설된다. 그러면, 전극(30)은 열전 소자(20)에 의해 지지되어 고정될 수 있으므로, 전극(30)과 열전 소자(20)를 접합하기 위한 별도의 접합재의 사용 없이도 전극(30)을 미리 정해진 위치에 배치할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 전극(30)은 양측 단부가 각각 열전 소자(20)의 서로 다른 외측면을 통해 미리 정해진 길이만큼 외부로 돌출되도록 설치될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 전극(30)은 양측 단부 중 어느 일측 단부만 열전 소자(20)의 외부로 돌출되도록 설치될 수도 있다. 이처럼 열전 소자(20)의 오부로 돌출된 전극(30)의 단부는, 전극들(30) 상호 간을 전기적으로 연결하거나 전극(30)과 외부의 전기 장치를 연결하기 위한 단자로서 기능할 수 있다. 설명의 편의를 위해 이하에서는, 열전 소자(20)의 일면을 통해 외부로 돌출된 전극(30)의 일측 단부를 제1 단자부(32a, 34a)라고 명명하고, 열전 소자(20)의 타면을 통해 외부로 돌출된 전극(30)의 타측 단부를 제2 단자부(32b, 34b)라고 명명하기로 한다.

이러한 전극(30)의 설치 개수는 특별히 한정되지 않으며, 전극(30)은 미리 정해진 개수만큼씩 열전 소자(20)에 매설될 수 있다. 즉, 각각의 열전 소자(20)에는 서로 상이한 개수의 전극들(30)이 매설될 수도 있다.

이러한 전극(30)의 설치 위치는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 어느 일부의 전극들(30)은 열전 소자(20)의 열원 측 단부(20c)와 인접하도록 설치될 수 있고, 나머지 일부의 전극들(30)은 열전 소자(20)의 냉원 측 단부(20d)와 인접하도록 설치될 수 있다. 도 1을 참조하면, 열전 소자(20)의 열원 측 단부(20c)란, 열원(H)과 열적으로 접촉되도록 배치되는 열전 소자(20)의 일측 단부로서, 열원(H)으로부터 방출된 열을 흡수하는 흡열부에 해당한다. 또한, 열전 소자(20)의 냉원 측 단부(20d)란, 냉원(C)과 열적으로 접촉되도록 배치되는 열전 소자(20)의 타측 단부로서, 열전 소자(20)에 흡수된 열을 냉원(C)으로 전달하는 방열부에 해당한다. 설명의 편의를 위해 이하에서는, 열전 소자(20)의 열원 측 단부(20c)와 인접하도록 설치된 어느 일부의 전극들(30)을 제1 전극(32)이라고 명명하고, 열전 소자(20)의 냉원 측 단부(20d)와 인접하도록 설치된 나머지 일부의 전극들(30)을 제2 전극(34)이라고 명명하기로 한다.

이러한 전극(30)은 열전 소자(20)를 구성하는 열전 소재의 소결 온도에 비해 낮은 용융 온도를 갖는 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 전극(30)은, Cu, Ni, C, Ti, W, Ag, Pt, Pd 중 어느 하나의 재질 또는 이러한 재질들 중 2개 이상의 재질의 합금으로 형성될 수 있다. 그러면, 열전 소자(20)를 형성하기 위한 열전 소재 파우더(P)에 미리 형성된 전극(30)을 매설한 상태에서 열전 소재 파우더(P)를 소결하는 경우에, 전극(30)과 열전 소자(20)의 계면에는 합금이 형성되지 않는다. 따라서, 전극(30)은 열전 소자(20)에 매설된 상태에서도 열전 소자(20)와 물리적으로 독립된 상태를 유지할 수 있다. 따라서, 열전 모듈(1)의 실 사용 시, 열전 소자(20)와 전극(20)은, 서로를 간섭하지 않은 상태에서, 열 팽창 계수에 대응하는 비율만큼 독립적으로 각각 열 팽창될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 열전 소자 유닛(10)은 서로 같은 종류의 전극들(32, 34)끼리 동일 선상에 위치하도록 열전 소자(20)의 폭 방향을 따라 미리 정해진 간격을 두고 배치될 수 있다.

다음으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 열전 모듈(1)은 복수의 열전 소자 유닛들(10)이 미리 정해진 연결 방식에 따라 전기적으로 상호 연결되도록 마련된다. 즉, 열전 모듈(1)은 복수의 열전 소자 유닛들(10)이 직렬과 병렬 중 적어도 하나의 연결 방식에 따라 전기적으로 상호 연결되도록 마련될 수 있다.

이를 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 서로 이웃하게 배치된 한 쌍의 열전 소자 유닛(10) 중 어느 하나의 열전 소자 유닛(10)의 전극(30)과 다른 열전 소자 유닛(10)의 전극(30)은 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 복수의 열전 소자 유닛들(10)을 직렬로 연결하는 경우에, 전극들(30)은 서로 같은 종류의 전극들(30)끼리 전기적으로 연결되되, 제1 전극들(32)과 제2 전극들(34)이 열전 소자(10)의 폭 방향을 따라 교번적으로 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 어느 하나의 열전 소자 유닛(10)의 제1 전극(32) 및 어느 하나의 열전 소자 유닛(10)과 이웃한 다른 하나의 열전 소자 유닛(10)의 제1 전극(32)을 연결하고, 다른 하나의 열전 소자 유닛(10)의 제2 전극(34) 및 다른 하나의 열전 소자 유닛(10)과 이웃한 또 다른 하나의 열전 소자 유닛(10)의 제2 전극(34)을 전기적으로 연결할 수 있다.

전극들(30)의 전기적인 연결 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 전극들(30)은 단자부들(32a, 32b, 34a, 34b) 간의 연결에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 위하여, 전기적으로 연결하고자 하는 전극들(30)의 단자부들(32a, 32b, 34a, 34b)은 용접에 의해 서로 연결될 수 있다. 도 1에서 도면 부호 'W'는 단자부들(32a, 32b, 34a, 34b)이 용접될 때 형성된 용접 비드를 나타낸다.

그런데, 서로 용접되지 않은 단자부들(32a, 32b, 34a, 34b)이 진동 기타 원인으로 인해 접촉되면, 서로 용접되지 않은 단자부들(32a, 32b, 34a, 34b) 사이에 발생한 쇼트로 인해 열전 모듈(1)의 성능이 저하될 우려가 있다. 이를 해결하기 위해, 전극들(30) 중 이웃하는 전극(30)과 전기적으로 차단하고자 전극(30)의 단자부(32a, 32b, 34a, 34b)는, 이웃하는 전극(30)의 단자부(32a, 32b, 34a, 34b)와 접촉되지 않도록, 짧게 트리밍되는 것이 바람직하다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 열전 모듈(1)은 각각의 열전 소자(20)의 열원 측 단부(20c)가 열원(H)과 열적으로 접촉됨과 동시에 각각의 열전 소자(20)의 냉원 측 단부(20d)가 냉원(C)과 열적으로 접촉되도록 설치될 수 있다. 열원(H)과 냉원(C)의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 열원(H)은 차량의 배기관 또는 배기 매니폴드일 수 이고, 냉원(C)은 차량의 냉각수 자켓일 수 있다. 그러면, 열전 모듈(1)은, 열원 측 단부(20c)와 냉원 측 단부(20d) 사이의 온도 차에 비례하는 기전력을 생성하여, 전극(30)을 통해 배터리 등과 같은 외부의 전기 장치에 공급할 수 있다.

이러한 열전 모듈(1)의 실 사용 시, 전극들(30)은 열전 소자(20)로부터 전달된 열이나 외부로부터 직접 전달된 열에 의해 열 팽창된다. 특히, 열전 소자(20)의 열원 측 단부(20c)와 인접하도록 설치된 제1 전극(32)은, 열원(H)으로부터 공급된 고온의 열로 인해, 열전 소자(20)의 냉원 측 단부(20d)와 인접하도록 설치된 제2 전극(34)에 비해 높은 비율만큼 열 팽창된다. 그런데, 전술한 바와 같이, 전극들(30)은, 길게 연장된 봉 또는 막대 형상을 갖고, 열전 소자(20)로부터 간섭을 받지 않은 상태에서 독립적으로 열 팽창될 수 있다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 열전 모듈(1)의 실 사용 시, 전극들(30)은 전극들(30)의 길이 방향 즉, 열전 소자(20)의 폭 방향으로 주로 열 팽창되고, 전극들(30)의 추가적인 길이 증가분은 전극들(30)과 열전 소자(20) 사이의 계면을 따라 슬라이딩 이동하여 열전 소자(20)의 외부로 추가적으로 돌출된다. 따라서, 이러한 열전 모듈(1)에 의하면, 전극들(30)의 열 팽창 시 전극들(30)과 열전 소자(20) 사이에 작용하는 열 응력이 최소화되므로, 열 응력에 의해 열전 모듈(1)의 성능이 저하되거나 열전 모듈(1)이 파손되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 열전 모듈(1)은, 전극들(30)이 열전 소자(10)에 매설된 구조를 가지므로, 전극들(30)을 외부로부터 절연하기 위한 절연 기판의 설치가 필수적으로 요구되지 않는다. 따라서, 열전 모듈(1)은, 절연 기판의 설치가 필수적으로 요구되는 종래의 열전 모듈에 비해 절연 기판으로 인한 열 소실을 줄일 수 있으므로, 이를 통해 열전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 열전 모듈(1)은, 전극들(30)이 길게 연장된 봉 또는 막대 형상을 가지므로, 전극들이 주로 판 형상을 갖는 종래의 열전 모듈에 비해 전극들(30)에게 유연성을 부여하기 용이한 구조를 갖는다. 따라서, 열전 모듈(1)은, 이러한 전극들(30)의 유연성을 이용해 곡면 형상을 갖는 장치에도 용이하게 적용할 수 있다. 또한, 이처럼 곡면 형상을 갖는 장치에 열전 모듈(1)을 적용하는 경우에, 전극들(30)은 미리 정해진 사이 각도를 이루도록 용접 기타 연결 방법에 의해 상호 연결될 수도 있다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전 모듈이 포함하는 열전 소자 유닛의 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 전극들이 메쉬 형태로 적층된 일 양상을 나타내는 도면이며, 도 6은 도 4에 도시된 전극들이 메쉬 형태로 적층된 다른 양상을 나타내는 도면이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 열전 모듈(2)은, 전극(30)의 배치 방법이 상이하다는 점에서, 전술한 열전 모듈(1)과 차이점을 갖는다.

어느 하나의 열전 소자(20)에 함께 매설되는 전극들(30)은, 서로 동일한 전위를 갖도록, 적어도 일부분이 서로 접촉되게 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 어느 하나의 열전 소자(20)에 함께 매설되는 전극들(30)은, 메쉬 형태로 배치될 수 있다. 이처럼 전극들(30)을 메쉬 형태로 배치하면, 전극들(30)을 일 방향으로만 배치하는 경우에 비해 전극들(30)과 열전 소자(20)의 접촉 면적을 넓힐 수 있으므로, 전극들(30)과 열전 소자(20) 간의 접촉 저항을 줄일 수 있다.

전극들(30)을 메쉬 형태로 배치하는 방법은 특별히 한정되지 않는다.

예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 전극들(30)은, 미리 정해진 일 방향으로 정렬된 제3 전극들(36)과, 제3 전극들(36)과 포개어지도록 상기 일 방향과 미리 정해진 각도를 이루는 타 방향으로 정렬된 제4 전극들(37)을 구비할 수 있다(제1 방법).

예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 전극들(30)은, 서로 꼬이도록 직조된 제5 전극들(38)과 제6 전극들(39)을 구비할 수 있다(제2 방법).

제1 방법에 의할 경우에, 제3 전극들(36)과 제4 전극들(37)의 접촉 상태를 유지하기 위해서는 제3 전극들(36)와 제4 전극들(37)을 용접 기타 방식을 통해 접합하는 것이 바람직하다. 이에 반해, 제3 전극들(36)과 제4 전극들(37)을 접합하면, 제3 전극들(36)과 제4 전극들(37)의 열 팽창 시 제3 전극들(36)과 제4 전극들(37)의 접합 부위에 뒤틀림이 발생하여 전극들(30)과 열전 소자(20) 사이에 열 응력이 작용할 우려가 있다. 그런데, 제2 방법에 의할 경우에, 제5 전극들(38)과 제6 전극들(39)은 직조로 인해 가압 접촉되므로, 제5 전극들(38)과 제6 전극들(39)을 별도로 접합하지 않아도 제5 전극들(38)과 제6 전극들(39)의 접촉 상태가 안정적으로 유지된다. 따라서, 제2 방법에 의하면, 전극들(30)과 열전 소자(20) 사이에 작용하는 열 응력을 줄일 수 있다.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 열전 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 정면도이다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 열전 모듈(3)은, 열전 모듈(3)을 절연하기 위한 절연층(50)을 더 포함한다는 점에서, 전술한 열전 모듈(1)과 차이점을 갖는다.

절연층(50)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 열전 소자(20)의 열원 측 단부(20c)와 열원(H) 사이와, 열전 소자(20)의 냉원 측 단부(20d)와 냉원(C) 사이 중 적어도 한 곳에 설치될 수 있다.

절연층(50)은 세라믹 기타 절연 소재로 형성될 수 있다. 절연층(50)의 형성 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 절연층(50)은, puttering, e-beam evaporation, thermal spraying 등의 방법을 통해 형성될 수 있다. 이러한 절연층(50)에 의하면, 열전 소자들(20)을 열원(H)과 냉원(C) 등과 같은 외부 장치로부터 절연시킬 수 있다.

도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 열전 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 정면도이다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 열전 모듈(4)은, 전극(30)의 설치 구조에 있어서, 전술한 열전 모듈(1)과 차이점을 갖는다.

도 8에 도시된 바와 같이, 전극(30)은 서로 반대 극성을 갖고 서로 이웃하게 배치된 한 쌍의 열전 소자들(20)을 폭 방향으로 관통하도록 설치될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(32)은, 열전 소자(20)의 열원 측 단부(20c)와 인접하도록, 서로 이웃하게 배치된 제1 열전 소자(20a)와 제2 열전 소자(20b)를 열전 소자(20)의 폭 방향으로 관통할 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(34)은, 열전 소자(20)의 냉원 측 단부(20d)와 인접하도록, 서로 이웃하게 배치된 제1 열전 소자(20a)와 제2 열전 소자(20b)를 열전 소자(20)의 폭 방향으로 관통할 수 있다.

이러한 제1 전극(32)과 제2 전극(34)의 배치 구조에 의하면, 별도의 연결 부재(40) 없이도 전극(30)을 이용해 열전 소자들(20)을 용이하게 전기적으로 연결할 수 있다.

도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 열전 모듈이 포함하는 열전 소자 유닛의 사시도이다.

본 발명의 제5 실시예에 따른 열전 모듈(5)은, 전극들(30)을 전기적으로 연결하기 위한 연결 부재(40)를 더 포함한다는 점에서, 용접을 통해 전극들(30)을 전기적으로 연결하는 열전 모듈(1)과 차이점을 갖는다.

연결 부재(40)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 연결 부재(40)는, 어느 하나의 열전 소자 유닛(10)의 전극(30)의 제1 단자부(32a, 34a)와, 어느 하나의 열전 소자 유닛(10)과 이웃한 다른 하나의 열전 소자 유닛(10)의 전극(30)의 제2 단자부(32b, 34b)가 중첩된 중첩 부위에 권취되는 전선(42)일 수 있다. 이러한 전선(42)은, 다수의 전극들(30)의 외주면을 함께 감싸도록 권취되는 것이 바람직하다. 이러한 전선(42)은, 전극들(30)을 전기적으로 연결함과 함께, 전극들(30)이 동일한 전위를 갖도록 전극들(30) 간의 전위차를 제거할 수 있다.

도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 열전 모듈이 포함하는 열전 소자 유닛의 사시도이다.

본 발명의 제6 실시예에 따른 열전 모듈(6)은, 연결 부재(40)의 구조가 변경되었다는 점에서, 전술한 열전 모듈(5)과 차이점을 갖는다.

도 10에 도시된 바와 같이, 연결 부재(40)는, 어느 하나의 열전 소자 유닛(10)의 전극(30)의 제1 단자부(32a, 34a)와, 어느 하나의 열전 소자 유닛(10)과 이웃한 다른 하나의 열전 소자 유닛(10)의 전극(30)의 제2 단자부(32b, 34b)가 중첩된 중첩 부위에 부착되는 전도체 테이프(44)일 수 있다. 이러한 전선(42)은, 다수의 전극들(30)의 외주면을 함께 감싸도록 전극들(30)에 부착되는 것이 바람직하다. 이러한 전선(42)은, 전극들(30)을 전기적으로 연결함과 함께, 전극들(30)이 동일한 전위를 갖도록 전극들(30) 간의 전위차를 제거할 수 있다.

도 11은 본 발명의 제7 실시예에 따른 열전 모듈이 포함하는 열전 소자 유닛의 정면도이다.

본 발명의 제7 실시예에 따른 열전 모듈(7)은, 연결 부재(40)의 구조가 변경되었다는 점에서, 전술한 열전 모듈(5)과 차이점을 갖는다.

연결 부재(40)는, 어느 하나의 열전 소자 유닛(10)의 전극(30)의 단자부(30a, 30b)와, 어느 하나의 열전 소자 유닛(10)과 이웃한 다른 하나의 열전 소자 유닛(10)의 전극(30)의 단자부(30a, 30b)를 연결하는 탄성 클립(46)일 수 있다.

도 11에 도시된 바와 같이, 이러한 탄성 클립(46)은, 어느 하나의 열전 소자 유닛(10)의 전극(30)의 단자부(30a, 30b)에 탄성 결합되는 제1 탄성 후크(46a)와, 다른 하나의 열전 소자 유닛(10)의 전극(30)의 단자부(30a, 30b)에 탄성 결합되는 제2 탄성 후크(46b)와, 제1 탄성 후크(46a)와 제2 탄성 후크(46b)를 전기적으로 연결하는 연결부(46c)를 구비할 수 있다. 이러한 탄성 클립(46)은 전극들(30)을 전기적으로 연결할 수 있도록 적어도 일부분이 전도체로 구성된다.

제1 탄성 후크(46a)는, 어느 하나의 열전 소자 유닛(10)의 전극(30)의 제1 단자부(30a) 및 제2 단자부(30b)와 각각 탄성 결합되도록 한 쌍이 대칭적으로 형성될 수 있다. 제2 탄성 후크(46b)는, 다른 하나의 열전 소자 유닛(10)의 전극(30)의 제1 단자부(30a) 및 제2 단자부(30b)와 각각 탄성 결합되도록 한 쌍이 대칭적으로 형성될 수 있다. 연결부(46c)는 이러한 제1 탄성 후크(46a)와 제2 탄성 후크(46b)를 전기적으로 연결하도록 열전 소자(20)의 폭 방향을 따라 길게 연장될 수 있다.

이러한 탄성 클립(46)에 의하면, 탄성 후크들(46a, 46b)과 단자부들(30a, 30b)을 분리 가능하게 탄성 결합할 수 있다. 따라서, 열전 모듈(7)은, 탄성 후크들(46a, 46b)과 단자부들(30a, 30b)의 분리 및 결합을 통해 이상이 발생한 열전 소자 유닛(10)을 열전 모듈(7)로부터 제거하거나 새로운 열전 소자 유닛(10)을 열전 모듈(7)에 추가적으로 설치 할 수 있다. 이를 통해, 열전 모듈(7)은, 유지 보수의 편의성을 향상시킬 수 있고, 열전 모듈(7)에 포함된 열전 소자 유닛(10)의 개수를 용이하게 조절할 수 있다.

도 12는 본 발명의 제8 실시예에 따른 열전 모듈이 포함하는 열전 소자 유닛들 간의 결합 관계를 나타내는 평면도이다.

본 발명의 제8 실시예에 따른 열전 모듈(8)은, 연결 부재(40)의 구조가 변경되었다는 점에서, 전술한 열전 모듈(5)과 차이점을 갖는다.

연결 부재(40)는, 어느 하나의 열전 소자 유닛(10)의 전극(30)의 단자부(30a, 30b)와, 어느 하나의 열전 소자 유닛(10)과 이웃한 다른 하나의 열전 소자 유닛(10)의 전극(30)의 단자부(30a, 30b)를 연결하는 커넥터(48)일 수 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 이러한 커넥터(48)는, 어느 하나의 열전 소자 유닛(10)의 전극(30)의 단자부(30a, 30b)에 장착되는 암 커넥터(48a)와, 다른 하나의 열전 소자 유닛(10)의 전극(30)의 단자부(30a, 30b)에 장착되며, 암 커넥터(48a)와 분리 가능하게 결합되는 수 커넥터(48b)를 구비할 수 있다. 여기서, 암 커넥터(48a)는 어느 하나의 열전 소자 유닛(10)의 전극(30)의 제1 단자부(30a)와 제2 단자부(30b) 중 어느 하나에 장착될 수 있고, 수 커넥터(48b)는 다른 하나의 열전 소자 유닛(10)의 전극(30)의 제1 단자부(30a)와 제2 단자부(30b) 중 어느 하나에 장착된 될 수 있다. 예를 들어, 도 12에 도시된 바와 같이, 암 커넥터(48a)는 어느 하나의 열전 소자 유닛(10)의 전극(30)의 제1 단자부(30a)에 장착될 수 있고, 수 커넥터(48b)는 다른 하나의 열전 소자 유닛(10)의 전극(30)의 제2 단자부(30b)에 장착될 수 있다.

이러한 커넥터(48)에 의하면, 암 커넥터(48a)와 수 커넥터(48b)를 통해 열전 소자 유닛들(10)을 분리 가능하게 결합할 수 있다. 따라서, 열전 모듈(8)은, 암 커넥터(48a)와 수 커넥터(48b)의 분리 및 결합을 통해 이상이 발생한 열전 소자 유닛(10)을 열전 모듈(8)로부터 제거하거나 새로운 열전 소자 유닛(10)을 열전 모듈에 설치할 수 있다. 이를 통해, 열전 모듈(8)은, 유지 보수의 편의성을 향상시킬 수 있고, 열전 모듈(8)에 포함된 열전 소자 유닛(10)의 개수를 용이하게 조절할 수 있다.

도 13은 본 발명의 제9 실시예에 따른 열전 소자 유닛의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 14는 도 13에 도시된 각각의 단계를 수행하는 양상을 나타내는 도면이다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 제9 실시예에 따른 열전 소자 유닛(10)의 제조 방법은, 열전 소재 파우더(P)에 전극(30)이 매설되도록 열전 소재 파우더(P)와 전극(30)을 적층하는 단계(S 10)와, 및 열전 소재 파우더(P)를 소결하여 열전 소재 소결체로 구성되며 전극(30)이 매설된 열전 소자(20)를 형성하는 단계(S 20) 등을 포함할 수 있다.

먼저, S 10 단계는, 열전 소재 파우더(P)를 하부 몰드(60)에 미리 정해진 높이까지 충전하고, 전극(30)을 하부 몰드(60)의 미리 정해진 위치에 안착시키는 단계(S 12)와, 하부 몰드(60)의 상부에 상부 몰드(70)를 장착하는 단계(S 14)와, 전극(30)이 열전 소재 파우더(P)에 매설되도록 상부 몰드(70)에 열전 소재 파우더(P)를 미리 정해진 높이까지 충전하는 단계(S 16)를 포함할 수 있다.

S 12 단계는, 하부 몰드(60)의 내부에 열전 소재 파우더(P)를 미리 정해진 높이까지 충전한 후, 전극(30)을 하부 몰드(60)의 후술할 거치홈(66)에 거치하여 수행할 수 있다.

도 14에 도시된 바와 같이, 하부 몰드(60)는, 원통 형상을 갖는 외벽(62)과, 외벽(62)의 하측 개구부를 폐쇄하는 커버 시트(64)를 포함할 수 있다. 외벽(62)은 graphite 재질로 형성되고, 커버 시트(64)는 carbon 재질로 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 외벽(62)의 상단부에는 전극(30)을 각각 거치 가능한 적어도 하나의 거치홈(66)이 형성된다.

열전 소재 파우더(P)와 전극(30)은 각각, 열전 소재 파우더(P)의 소결 온도가 전극(30)의 용융 온도에 비해 낮도록, 미리 정해진 재질로 형성된다. 도 15에 도시된 바와 같이, 열전 소재 파우더(P)는 거치홈(66)의 하단부에 대응하는 높이까지 하부 몰드(60)의 내부에 충전한다. 도 16에 도시된 바와 같이, 전극(30)은 양 쪽 단부 중 적어도 한 쪽 단부가 거치홈(66)에 거치되도록 하부 몰드(60)에 안착시킨다. 전극(30)은 열전 소재 파우더(P)가 하부 몰드(60)에 충전된 상태에서 거치홈(66)에 거치되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 전극(30)을 거치홈(66)에 먼저 거치한 후, 전극들(30) 사이의 틈새를 통해 열전 소재 파우더(P)를 하부 몰드(60)의 내부에 충전할 수도 있다.

S 14 단계는, 상부 몰드(70)의 하단부를 하부 몰드(60)의 상단부에 장착하여 수행할 수 있다.

도 17 및 도 20에 도시된 바와 같이, 상부 몰드(70)는, 원통 형상을 외벽(72)과, 외벽(72)을 상측 개구부를 폐쇄하는 커버 시트(74)를 포함할 수 있다. 외벽(72)은 graphite 재질로 형성되고, 커버 시트(74)는 carbon 재질로 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 외벽(72)의 하단부에는 거치홈(66)에 삽입 가능한 적어도 하나의 고정 돌기(76)가 형성된다.

도 17에 도시된 바와 같이, S 14 단계는, 거치홈(66)에 고정 돌기(76)가 삽입되도록 외벽(72)의 하단부를 외벽(62)의 상단부에 장착하여 수행할 수 있다. 그러면, 고정 돌기(76)는, 거치홈(66)을 통해 열전 소재 파우더(P)가 외부로 노출되는 것을 방지함과 함께, 거치홈(66)에 거치된 전극(30)을 가압하여 고정할 수 있다.

S 16 단계는, 도 18에 도시된 바와 같이, 열전 소재 파우더(P)를 상부 몰드(70)의 내부에 충전하여 수행한다. 그러면, 도 19에 도시된 바와 같이, 전극(30)은 열전 소재 파우더(P)에 매설되고, 전극(30)의 적어도 한 쪽 단부는 거치홈(66)을 통해 열전 소재 파우더(P)의 외부로 돌출된다.

이후에, S 20 단계는, 열전 소재 파우더(P)를 몰드들(60, 70)의 내부에 충전된 상태에서 소결한다. 도 20 에 도시된 바와 같이, 커버 시트(74)를 이용해 외벽(72)의 상측 개구부를 폐쇄한 후, 열전 소재 파우더(P)를 소결하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 열전 소재 파우더(P)의 소결은, 전극(30)이 용융되지 않도록, 열전 소재 파우더(P)의 소결 온도에 비해 높고 전극(30)의 용융 온도에 비해 낮은 분위기 온도 하에서 수행한다. 이처럼 열전 소재 파우더(P)를 소결하면, 열전 소재 소결체로 구성된 열전 소자(20)와, 이러한 열전 소자(20)에 매설된 전극(30)을 포함하는 열전 소자 유닛(10)이 형성된다.

한편, 도 13 및 도 21에 도시된 바와 같이, 열전 소자 유닛(10)의 제조 방법은, S 20 단계 이후에 수행하며, 몰드들(60, 70)을 열전 소자(20)와 전극(30) 즉, 열전 소자 유닛(10)으로부터 분리하는 단계(S 30)를 더 포함할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 : 열전 모듈
10 : 열전 소자 유닛
20 : 열전 소자
30 : 전극
32 : 제1 전극
34 : 제2 전극
36 : 제3 전극
37 : 제4 전극
38 : 제5 전극
39 : 제6 전극
40 : 연결 부재
42 : 전선
44 : 전도체 테이프
46 : 탄성 클립
48 : 커넥터
50 : 절연층
60 : 하부 몰드
62 : 외벽
64 : 커버 시트
76 : 거치홈
70 : 상부 몰드
72 : 외벽
74 : 커버 시트
76 : 고정 돌기
H : 열원
C : 냉원
W : 용접 비드
P : 열전 소재 파우더

Claims

열전 소자; 및
상기 열전 소자의 외부로 돌출되는 단자부를 구비하고, 상기 열전 소자에 매설되는 적어도 하나의 전극을 포함하고,
상기 전극은, 상기 열전 소자와는 독립되게 열 팽창될 수 있도록, 상기 열전 소자와 상기 전극 사이의 계면을 따라 슬라이딩 이동 가능하게 마련되는, 열전 소자 유닛.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 전극은, 길이 방향을 따라 길게 연장된 봉 또는 막대 형상을 갖고, 상기 길이 방향을 따라 상기 열전 소자를 관통하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 열전 소자 유닛.
제1항에 있어서,
상기 열전 소자는 미리 정해진 소결 온도를 갖는 열전 소재 소결체로 구성되고,
상기 전극은 상기 소결 온도에 비해 높은 용융 온도를 갖는 전극 소재로 구성되는 것을 특징으로 하는 열전 소자 유닛.
복수의 열전 소자들; 및
상기 열전 소자들마다 각각 미리 정해진 개수만큼씩 슬라이딩 이동 가능하게 매설되는 복수의 전극들을 포함하고,
상기 복수의 전극들 중 적어도 하나는, 상기 열전 소자들 중 당해 전극이 매설된 열전 소자의 외부로 돌출되는 단자부를 구비하는 것을 특징으로 하는 열전 모듈.
제4항에 있어서,
상기 열전 소자들은 각각 미리 정해진 소결 온도를 갖는 열전 소재 소결체로 구성되고,
상기 전극들은 각각 상기 소결 온도에 비해 높은 용융 온도를 갖는 전극 소재로 구성되는 것을 특징으로 하는 열전 모듈.
제4항에 있어서,
상기 전극들은, 상기 전극들 중 어느 하나의 전극의 상기 단자부와, 상기 전극들 중 다른 하나의 전극의 상기 단자부의 연결에 의해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 열전 모듈.
제6항에 있어서,
상기 어느 하나의 전극의 상기 단자부와, 상기 다른 하나의 전극의 상기 단자부를 전기적으로 연결하는 연결 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 모듈.
제7항에 있어서,
상기 연결 부재는, 상기 어느 하나의 전극의 상기 단자부에 장착되는 암 커넥터와, 상기 다른 하나의 전극의 상기 단자부에 장착되며, 상기 암 커넥터와 분리 가능하게 결합되는 수 커넥터를 구비하는 것을 특징으로 하는 열전 모듈.
제7항에 있어서,
상기 연결 부재는, 상기 어느 하나의 전극의 상기 단자부에 탄성 결합되는 제1 탄성 후크와, 상기 다른 하나의 전극의 상기 단자부에 탄성 결합되는 제2 탄성 후크와, 상기 제1 탄성 후크와 상기 제2 탄성 후크를 전기적으로 연결하는 연결부를 구비하는 것을 특징으로 하는 열전 모듈.
제4항에 있어서,
상기 열전 소자들 중 서로 동일한 열전 소자에 함께 매설된 상기 전극들은, 적어도 일부분이 서로 접촉되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 열전 모듈.
복수의 열전 소자들; 및
상기 열전 소자들마다 각각 미리 정해진 개수만큼씩 매설되는 복수의 전극들을 포함하고,
상기 복수의 전극들 중 적어도 하나는, 상기 열전 소자들 중 당해 전극이 매설된 열전 소자의 외부로 돌출되는 단자부를 구비하고,
상기 열전 소자들 중 서로 동일한 열전 소자에 함께 매설된 상기 전극들은, 메쉬 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 열전 모듈.
제4항에 있어서,
상기 전극들은 각각, 길이 방향을 따라 길게 연장된 봉 또는 막대 형상을 갖고, 상기 열전 소자들 중 당해 전극이 매설된 열전 소자를 상기 길이 방향으로 관통하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 열전 모듈.
제4항에 있어서,
상기 열전 소자들 중 적어도 하나의 외측면에 배치되는 적어도 하나의 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 모듈.
(a) 열전 소재 파우더에 전극이 매설되도록 상기 열전 소재 파우더와 상기 전극을 적층하는 단계; 및
(b) 상기 열전 소재 파우더를 소결하여, 열전 소재 소결체로 구성되며 상기 전극이 매설된 열전 소자를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 전극은, 상기 열전 소자와 상기 전극 사이의 계면을 따라 슬라이딩 이동 가능하게 마련되는 것을 특징으로 하는 열전 소자 유닛의 제조 방법.
제14항에 있어서,
상기 (a) 단계는, 상기 전극의 양측 단부 중 적어도 일측 단부가 상기 열전 소재 파우더의 외부로 돌출되도록 수행하는 것을 특징으로 하는 열전 소자 유닛의 제조 방법.
제14항에 있어서,
상기 열전 소재 파우더는 상기 전극의 용융 온도에 비해 낮은 소결 온도를 갖고,
상기 (b) 단계는 상기 용융 온도에 비해 낮은 분위기 온도 하에서 수행하는 것을 특징으로 하는 열전 소자 유닛의 제조 방법.
(a) 열전 소재 파우더에 전극이 매설되도록 상기 열전 소재 파우더와 상기 전극을 적층하는 단계; 및
(b) 상기 열전 소재 파우더를 소결하여, 열전 소재 소결체로 구성되며 상기 전극이 매설된 열전 소자를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 (a) 단계는,
(a1) 상기 열전 소재 파우더를 하부 몰드에 미리 정해진 높이까지 충전하고, 상기 전극을 상기 하부 몰드의 미리 정해진 위치에 안착시키는 단계;
(a2) 상기 하부 몰드의 상부에 상부 몰드를 장착하는 단계; 및
(a3) 상기 전극이 상기 열전 소재 파우더에 매설되도록 상기 열전 소재 파우더를 상기 상부 몰드에 미리 정해진 높이까지 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 소자 유닛의 제조 방법.
제17항에 있어서,
상기 하부 몰드는 상기 전극을 거치 가능하도록 형성되는 거치홈을 구비하고,
상기 (a1) 단계는, 상기 전극을 상기 거치홈에 거치하여 수행하는 것을 특징으로 하는 열전 소자 유닛의 제조 방법.
제18항에 있어서,
상기 상부 몰드는, 상기 거치홈에 삽입 가능하도록 형성되는 고정 돌기를 구비하고,
상기 (a2) 단계는, 상기 전극이 고정되도록 상기 고정 돌기를 상기 거치홈에 삽입하여 수행하는 것을 특징으로 하는 열전 소자 유닛의 제조 방법.
제17항에 있어서,
(c) 상기 (b) 단계 이후에 수행하며, 상기 하부 몰드와 상기 상부 몰드를 상기 열전 소자와 상기 전극으로부터 분리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 소자 유닛의 제조 방법.