KR102423607B1

KR102423607B1 - Thermoelectric module

Info

Publication number: KR102423607B1
Application number: KR1020180115314A
Authority: KR
Inventors: 김재현; 박철희
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2022-07-20
Anticipated expiration: 2038-09-27
Also published as: KR20200035776A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈은 열 전달 부재와 냉각 부재 사이에 위치하는 복수의 열전 소자 그리고, 상기 열 전달 부재와 상기 복수의 열전 소자 사이 및 상기 냉각 부재와 상기 복수의 열전 소자 사이에 각각 위치하는 제1 전극층 및 제2 전극층을 포함하고, 상기 복수의 열전 소자는 P형 열전 소자 및 N형 열전 소자를 포함하고, 서로 이웃하는 P형 열전 소자와 N형 열전 소자의 수평 방향 길이가 서로 다르며, 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층은 각각 서로 이웃하는 2개의 N형 열전 소자 사이의 공간으로 꺾인 제1 벤딩부와 제2 벤딩부를 가지며, 상기 P형 열전 소자와 상기 N형 열전 소자 중 수평 방향 길이가 작은 열전 소자는 상기 제1 벤딩부와 상기 제2 벤딩부 사이에 위치한다.A thermoelectric module according to an embodiment of the present invention includes a plurality of thermoelectric elements positioned between a heat transfer member and a cooling member, and between the heat transfer member and the plurality of thermoelectric elements and between the cooling member and the plurality of thermoelectric elements. and a first electrode layer and a second electrode layer respectively positioned, wherein the plurality of thermoelectric elements include a P-type thermoelectric element and an N-type thermoelectric element, and the horizontal lengths of the P-type thermoelectric elements and the N-type thermoelectric elements adjacent to each other are Different from each other, the first electrode layer and the second electrode layer each have a first bending portion and a second bending portion bent into a space between two N-type thermoelectric elements adjacent to each other, and the P-type thermoelectric element and the N-type thermoelectric element A thermoelectric element having a smaller horizontal length is positioned between the first bending part and the second bending part.

Description

Thermoelectric module {THERMOELECTRIC MODULE}

본 발명은 열전 모듈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 출력 밀도 및 발전 효율을 향상시키는 열전 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric module, and more particularly, to a thermoelectric module that improves output density and power generation efficiency.

열전 소자는 열 에너지를 전기 에너지로, 전기 에너지를 열 에너지로 직접 변환하는데 사용되는 소자로, 열전 특성을 갖는 소재를 활용한 기술로서, 에너지 절감이라는 시대적 요구에 잘 부응하는 기술이다. 이것은 자동차, 우주 항공, 반도체, 바이오, 광학, 컴퓨터, 발전, 가전 제품 등 산업 전반에서 광범위하게 활용되고 있다.A thermoelectric device is a device used to directly convert thermal energy into electrical energy and electrical energy into thermal energy. It is a technology that utilizes materials with thermoelectric properties, and is a technology that responds well to the demands of the times for energy saving. It is widely used in industries such as automobiles, aerospace, semiconductors, bio, optics, computers, power generation, and home appliances.

구체적으로, 재료의 양단에 온도차가 발생하면 열 의존성을 갖는 전자 또는 홀과 같은 캐리어의 농도 차이가 발생하고, 이에 따라 열전 현상이 나타난다. 이러한 열전 현상은 전기적 에너지를 생산하는 열전 발전과, 반대로 전기 공급에 의해 양단의 온도차를 유발하는 열전 냉각/가열로 구분될 수 있다.Specifically, when a temperature difference occurs at both ends of a material, a difference in concentration of carriers such as electrons or holes having thermal dependence occurs, and thus a thermoelectric phenomenon appears. This thermoelectric phenomenon may be divided into thermoelectric power generation that produces electrical energy, and thermoelectric cooling/heating that causes a temperature difference between both ends by supplying electricity on the contrary.

열전 모듈은 홀이 이동하여 열에너지를 이동시키는 p형 열전 소자와 전자가 이동하여 열에너지를 이동시키는 n형 열전 소자로 이루어진 p-n 열전 소자 1쌍이 기본 단위가 될 수 있다. 그리고, 이러한 열전 모듈은 p형 열전 소자와 n형 열전 소자 사이를 연결하는 전극을 구비할 수 있다. 또한, 열전 모듈은 열전 소자의 외부에 배치되어 전극 등의 구성요소를 외부와 전기적으로 절연시키고, 외부의 물리적 또는 화학적 요소로부터 열전 모듈을 보호하기 위해 기판을 구비할 수 있다.A thermoelectric module may be a basic unit of a pair of p-n thermoelectric elements including a p-type thermoelectric element in which holes move to transfer thermal energy and an n-type thermoelectric element in which electrons move to transfer thermal energy. In addition, the thermoelectric module may include an electrode connecting the p-type thermoelectric element and the n-type thermoelectric element. In addition, the thermoelectric module may be disposed outside the thermoelectric element to electrically insulate components such as electrodes from the outside, and may include a substrate to protect the thermoelectric module from external physical or chemical elements.

일반적으로 열전 모듈 제조시 쉽게 열전 소자를 만들기 위해 P형 열전 소자와 N형 열전 소자의 높이를 유사하게 형성한다. 이것은 열전 소자 제조 과정에서 전극과 열전 소자 사이의 접합 과정 중에 고온 고압의 가압 과정이 진행되는데, 이때 소자와 전극의 높이를 맞추면 공정이 쉬워지기 때문이다.In general, when manufacturing a thermoelectric module, in order to easily make a thermoelectric element, a P-type thermoelectric element and an N-type thermoelectric element are formed to have similar heights. This is because, during the bonding process between the electrode and the thermoelectric element in the thermoelectric element manufacturing process, a high-temperature and high-pressure pressurization process proceeds. In this case, if the height of the element and the electrode is matched, the process becomes easier.

하지만 이러한 경우, 서로 다른 수준의 전기 전도도, 제백 특성 및 열전도도 등을 나타내는 P형 열전 소자와 N형 열전 소자를 함께 사용했을 때 나타날 수 있는 성능 감소로 인해, 열전 소재의 성능을 극대화할 수 없고, 이로 인해 열전 소자의 상대적인 성능 감소로 나타난다.However, in this case, the performance of the thermoelectric material cannot be maximized due to the decrease in performance that may occur when a P-type thermoelectric element and an N-type thermoelectric element, which exhibit different levels of electrical conductivity, Seebeck characteristics, and thermal conductivity, are used together. , which results in a decrease in the relative performance of the thermoelectric element.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 열전 소자의 특성에 따라 P형 열전 소자와 N형 열전 소자의 크기 및 배열을 다르게 형성한 열전 모듈을 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a thermoelectric module in which sizes and arrangements of a P-type thermoelectric element and an N-type thermoelectric element are differently formed according to the characteristics of the thermoelectric element.

그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.However, the problems to be solved by the embodiments of the present invention are not limited to the above-described problems and may be variously expanded within the scope of the technical idea included in the present invention.

상기 제1 벤딩부와 상기 제2 벤딩부 사이에 제1 P형 열전 소자가 위치하고, 서로 이웃하는 제1 N형 열전 소자와 제2 N형 열전 소자 사이에 상기 제1 벤딩부, 상기 제1 P형 열전 소자 및 상기 제2 벤딩부가 순차적으로 배열될 수 있다.A first P-type thermoelectric element is positioned between the first bending part and the second bending part, and the first bending part and the first P-type thermoelectric element are positioned between adjacent first N-type thermoelectric elements and second N-type thermoelectric elements. A type thermoelectric element and the second bending part may be sequentially arranged.

상기 제1 전극층은 상기 제2 N형 열전 소자 아래 위치하는 제2 하부 전극층을 포함하고, 상기 제2 전극층은 상기 제1 N형 열전 소자 위에 위치하는 제1 상부 전극층을 포함하며, 상기 제2 벤딩부는 상기 제1 상부 전극층에 연결되면서 상기 제1 N형 열전 소자에 인접하고, 상기 제1 벤딩부는 상기 제2 하부 전극층에 연결되면서 상기 제2 N형 열전 소자에 인접하도록 위치할 수 있다.The first electrode layer includes a second lower electrode layer positioned below the second N-type thermoelectric element, the second electrode layer includes a first upper electrode layer positioned on the first N-type thermoelectric element, and the second bending A portion may be adjacent to the first N-type thermoelectric element while being connected to the first upper electrode layer, and the first bending portion may be positioned to be adjacent to the second N-type thermoelectric element while being connected to the second lower electrode layer.

상기 제2 N형 열전 소자는 제2 P형 열전 소자와 전기적으로 연결되고, 상기 제1 N형 열전 소자와 상기 제1 P형 열전 소자를 포함하는 제1 단위 열전 소자가 적어도 두개 연속적으로 배열될 수 있다.The second N-type thermoelectric element is electrically connected to a second P-type thermoelectric element, and at least two first unit thermoelectric elements including the first N-type thermoelectric element and the first P-type thermoelectric element are sequentially arranged. can

상기 열전 모듈은 상기 복수의 열전 소자 중에서 수평 방향 길이가 서로 동일한 제3 N형 열전 소자와 제3 P형 열전 소자를 더 포함하고, 상기 제1 전극층은 상기 제3 N형 열전 소자와 상기 제3 P형 열전 소자 아래 위치하는 제2 하부 전극층을 포함하고, 상기 제2 전극층은 상기 제3 N형 열전 소자와 상기 제3 P형 열전 소자 위에 위치하는 제2 상부 전극층을 포함하며, 상기 제2 상부 전극층 및 상기 제2 하부 전극층 중 하나는 상기 제3 N형 열전 소자로부터 상기 제3 P형 열전 소자까지 연속적으로 연결되고, 상기 제2 상부 전극층 및 상기 제2 하부 전극층 중 다른 하나는 상기 제3 N형 열전 소자와 상기 제3 P형 열전 소자 사이에서 이격될 수 있다.The thermoelectric module further includes a third N-type thermoelectric element and a third P-type thermoelectric element having the same horizontal length among the plurality of thermoelectric elements, and the first electrode layer includes the third N-type thermoelectric element and the third a second lower electrode layer positioned below the P-type thermoelectric element, wherein the second electrode layer includes the third N-type thermoelectric element and a second upper electrode layer positioned on the third P-type thermoelectric element, wherein the second upper electrode layer includes the third N-type thermoelectric element and the third P-type thermoelectric element One of the electrode layer and the second lower electrode layer is continuously connected from the third N-type thermoelectric element to the third P-type thermoelectric element, and the other of the second upper electrode layer and the second lower electrode layer is the third N-type thermoelectric element. It may be spaced apart between the thermoelectric element and the third P-type thermoelectric element.

상기 열전 모듈은 제1 모듈 전극, 열전 소자 배열체 및 제2 모듈 전극을 포함하고, 상기 열전 소자 배열체는 복수의 행과 복수의 열의 구조를 가지며, 상기 제3 N형 열전 소자와 상기 제3 P형 열전 소자를 포함하는 제2 단위 열전 소자는, 상기 열전 소자 배열체의 행의 끝단에 배열될 수 있다.The thermoelectric module includes a first module electrode, a thermoelectric element arrangement, and a second module electrode, wherein the thermoelectric element arrangement has a structure of a plurality of rows and a plurality of columns, and the third N-type thermoelectric element and the third A second unit thermoelectric element including a P-type thermoelectric element may be arranged at an end of a row of the thermoelectric element arrangement.

상기 열전 모듈은 상기 복수의 열전 소자 중에서 수평 방향 길이가 동일하면서 높이가 서로 다른 제4 N형 열전 소자와 제4 P형 열전 소자 그리고, 상기 제4 N형 열전 소자와 상기 제4 P형 열전 소자 중 높이가 낮은 열전 소자와 수직 방향으로 중첩하도록 위치하는 더미 금속층을 더 포함하고, 상기 제1 전극층은 상기 제4 N형 열전 소자와 상기 제4 P형 열전 소자 아래 위치하는 제2 하부 전극층을 포함하고, 상기 제2 전극층은 상기 제4 N형 열전 소자와 상기 제4 P형 열전 소자 위에 위치하는 제2 상부 전극층을 포함하며, 상기 제2 상부 전극층은 상기 제4 N형 열전 소자와 상기 제4 P형 열전 소자 사이의 공간에 꺾인 부분을 포함할 수 있다.The thermoelectric module includes a fourth N-type thermoelectric element and a fourth P-type thermoelectric element having the same horizontal length and different heights from among the plurality of thermoelectric elements, and the fourth N-type thermoelectric element and the fourth P-type thermoelectric element Further comprising a dummy metal layer positioned to vertically overlap with a thermoelectric element having a lower middle height, wherein the first electrode layer includes a second lower electrode layer positioned below the fourth N-type thermoelectric element and the fourth P-type thermoelectric element and the second electrode layer includes a second upper electrode layer positioned on the fourth N-type thermoelectric element and the fourth P-type thermoelectric element, and the second upper electrode layer includes the fourth N-type thermoelectric element and the fourth A bent portion may be included in the space between the P-type thermoelectric elements.

상기 열전 모듈은 제1 모듈 전극, 열전 소자 배열체 및 제2 모듈 전극을 포함하고, 상기 열전 소자 배열체는 복수의 행과 복수의 열의 구조를 가지며, 상기 제4 N형 열전 소자와 상기 제4 P형 열전 소자를 포함하는 제3 단위 열전 소자는, 상기 열전 소자 배열체의 행의 끝단에 배열될 수 있다.The thermoelectric module includes a first module electrode, a thermoelectric element arrangement, and a second module electrode, the thermoelectric element arrangement having a structure of a plurality of rows and a plurality of columns, the fourth N-type thermoelectric element and the fourth A third unit thermoelectric element including a P-type thermoelectric element may be arranged at an end of a row of the thermoelectric element arrangement.

상기 제1 P형 열전 소자는 상기 제1 벤딩부와 상기 제2 벤딩부 사이에 복수개 형성될 수 있다.A plurality of the first P-type thermoelectric elements may be formed between the first bending part and the second bending part.

상기 제1 전극층은 상기 제2 N형 열전 소자 아래 위치하는 제2 하부 전극층을 포함하고, 상기 제2 전극층은 상기 제1 N형 열전 소자 위에 위치하는 제1 상부 전극층을 포함하며, 상기 제2 벤딩부는 상기 제1 상부 전극층에 연결되면서 상기 제2 N형 열전 소자에 인접하고, 상기 제1 벤딩부는 상기 제2 하부 전극층에 연결되면서 상기 제1 N형 열전 소자에 인접하도록 위치할 수 있다.The first electrode layer includes a second lower electrode layer positioned below the second N-type thermoelectric element, the second electrode layer includes a first upper electrode layer positioned on the first N-type thermoelectric element, and the second bending A portion may be adjacent to the second N-type thermoelectric element while being connected to the first upper electrode layer, and the first bending portion may be positioned to be adjacent to the first N-type thermoelectric element while being connected to the second lower electrode layer.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 열전 모듈은 열 전달 부재와 냉각 부재 사이에 위치하는 복수의 열전 소자, 상기 열 전달 부재와 상기 복수의 열전 소자 사이 및 상기 냉각 부재와 상기 복수의 열전 소자 사이에 각각 위치하는 제1 전극층 및 제2 전극층을 포함하고, 상기 복수의 열전 소자는 P형 열전 소자 및 N형 열전 소자를 포함하고, 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층은 각각 서로 이웃하는 2개의 N형 열전 소자 사이의 공간으로 꺾인 제1 벤딩부와 제2 벤딩부를 가지며, 상기 제1 벤딩부와 상기 제2 벤딩부 각각을 중심으로 상기 P형 열전 소자와 상기 N형 열전 소자는 서로 반대편에 위치한다.A thermoelectric module according to another embodiment of the present invention includes a plurality of thermoelectric elements positioned between a heat transfer member and a cooling member, between the heat transfer member and the plurality of thermoelectric elements, and between the cooling member and the plurality of thermoelectric elements. a first electrode layer and a second electrode layer respectively positioned thereon, wherein the plurality of thermoelectric elements include a P-type thermoelectric element and an N-type thermoelectric element, and the first electrode layer and the second electrode layer include two N adjacent to each other, respectively. It has a first bending part and a second bending part bent into the space between the thermoelectric elements, and the P-type thermoelectric element and the N-type thermoelectric element are positioned opposite to each other with respect to each of the first and second bending parts. do.

상기 복수의 열전 소자는 서로 이웃하는 제1 N형 열전 소자 및 제2 N형 열전 소자를 포함하고, 상기 제1 N형 열전 소자 및 상기 제2 N형 열전 소자 사이에 상기 제1 벤딩부, 제1 P형 열전 소자 및 상기 제2 벤딩부가 차례로 배열될 수 있다.The plurality of thermoelectric elements includes a first N-type thermoelectric element and a second N-type thermoelectric element that are adjacent to each other, and the first bending part and the second N-type thermoelectric element are disposed between the first N-type thermoelectric element and the second N-type thermoelectric element. 1 The P-type thermoelectric element and the second bending part may be sequentially arranged.

상기 열전 모듈은 상기 복수의 열전 소자 중에서 수평 방향 길이가 동일하면서 높이가 서로 다른 제4 N형 열전 소자와 제4 P형 열전 소자 그리고, 상기 제4 N형 열전 소자와 상기 제4 P형 열전 소자 중 높이가 낮은 열전 소자와 수직 방향으로 중첩하도록 위치하는 더미 금속층을 더 포함할 수 있다.The thermoelectric module includes a fourth N-type thermoelectric element and a fourth P-type thermoelectric element having the same horizontal length and different heights from among the plurality of thermoelectric elements, and the fourth N-type thermoelectric element and the fourth P-type thermoelectric element It may further include a dummy metal layer positioned to vertically overlap with the thermoelectric element having a low middle height.

상기 P형 열전 소자는 상기 N형 열전 소자 보다 수평 방향 길이가 작을 수있다.The P-type thermoelectric element may have a smaller horizontal length than the N-type thermoelectric element.

실시예들에 따르면, 열전 소자의 성능을 극대화하기 위해, 열전 소자의 특성을 고려하여 서로 다른 크기 및 배열을 갖는 열전 소자를 형성하고, 이러한 열전 소자 구조를 구현하기 위해, P형 열전 소자와 N형 열전 소자를 전기적으로 연결시키는 전극이 P형 열전 소자와 N형 열전 소자 사이에서 구부러진 부분을 갖도록 하여 열전 모듈의 출력 밀도 및 발전 효율을 향상시킬 수 있다.According to embodiments, in order to maximize the performance of the thermoelectric element, thermoelectric elements having different sizes and arrangements are formed in consideration of the characteristics of the thermoelectric element, and in order to implement such a thermoelectric element structure, a P-type thermoelectric element and an N The output density and power generation efficiency of the thermoelectric module may be improved by making the electrode electrically connecting the thermoelectric element to have a bent portion between the P-type thermoelectric element and the N-type thermoelectric element.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열전 모듈을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 실시예에 따른 열전 모듈에서 전극 구조를 나타내기 위한 사시도이다.
도 3은 도 1의 실시예에서 단위 열전 소자를 구현하는 한 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 열전 모듈에 포함된 절연 코팅층을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈의 제조 공정을 간략히 도시한 단면도들이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 열전 모듈을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 6의 실시예에 따른 열전 모듈에서 전극 구조를 나타내기 위한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 열전 모듈을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 열전 모듈에 포함된 더미 금속층을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 열전 모듈을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 11은 비교예에 따른 열전 모듈을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 12는 도 11의 비교예에 따른 열전 모듈에 포함되는 열전 소자 배열체를 도시한 평면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈에 포함되는 열전 소자 배열체를 도시한 평면도이다.
도 14는 도 13의 열전 소자 배열체의 변형예를 도시한 평면도이다.
도 15는 도 14의 열전 소자 배열체의 변형예를 도시한 평면도이다.1 is a cross-sectional view schematically illustrating a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view illustrating an electrode structure in the thermoelectric module according to the embodiment of FIG. 1 .
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of implementing a unit thermoelectric element in the embodiment of FIG. 1 .
4 is a cross-sectional view illustrating an insulating coating layer included in a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view schematically illustrating a manufacturing process of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view schematically illustrating a thermoelectric module according to another exemplary embodiment of the present invention.
7 is a perspective view illustrating an electrode structure in the thermoelectric module according to the embodiment of FIG. 6 .
8 is a cross-sectional view schematically illustrating a thermoelectric module according to another exemplary embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view schematically illustrating a dummy metal layer included in a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention.
10 is a cross-sectional view schematically illustrating a thermoelectric module according to another exemplary embodiment of the present invention.
11 is a cross-sectional view schematically illustrating a thermoelectric module according to a comparative example.
12 is a plan view illustrating a thermoelectric element arrangement included in the thermoelectric module according to the comparative example of FIG. 11 .
13 is a plan view illustrating a thermoelectric element arrangement included in a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
14 is a plan view illustrating a modified example of the thermoelectric element arrangement of FIG. 13 .
15 is a plan view illustrating a modified example of the thermoelectric element arrangement of FIG. 14 .

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, various embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated.

또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에"있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.Also, when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, it includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where there is another part in between. . Conversely, when we say that a part is "just above" another part, we mean that there is no other part in the middle. In addition, to be "on" or "on" the reference part means to be located above or below the reference part, and to necessarily mean to be located "on" or "on" in the direction opposite to the gravitational force not.

또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.In addition, throughout the specification, when it is referred to as "planar view", it means when the target part is viewed from above, and when it is referred to as "cross-section", it means when the cross-section obtained by cutting the target part vertically is viewed from the side.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열전 모듈을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 2는 도 1의 실시예에 따른 열전 모듈에서 전극 구조를 나타내기 위한 사시도이다. 도 3은 도 1의 실시예에서 단위 열전 소자를 구현하는 한 예를 도시한 도면이다.1 is a cross-sectional view schematically illustrating a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view illustrating an electrode structure in the thermoelectric module according to the embodiment of FIG. 1 . FIG. 3 is a diagram illustrating an example of implementing a unit thermoelectric element in the embodiment of FIG. 1 .

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈은, 열 전달 부재(100), 열 전달 부재(100)와 대응하는 냉각 부재(200), 열 전달 부재(100)와 냉각 부재(200) 사이에 위치하는 복수의 열전 소자(160, 260)를 포함한다. 이때, 열전 소자(160, 260)의 산화를 막기 위해 열전 소자 자체를 코팅하거나, 복수의 열전 소자(160, 260), 열 전달 부재(100) 및 냉각 부재(200)는 모두 진공 구조물 내에 위치할 수 있다.1 and 2 , a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention includes a heat transfer member 100 , a cooling member 200 corresponding to the heat transfer member 100 , and a heat transfer member 100 , It includes a plurality of thermoelectric elements 160 and 260 positioned between the cooling member 200 . At this time, to prevent oxidation of the thermoelectric elements 160 and 260, the thermoelectric element itself is coated, or the plurality of thermoelectric elements 160 and 260, the heat transfer member 100 and the cooling member 200 are all located in the vacuum structure. can

본 실시예에서 복수의 열전 소자(160, 260)가 서로 전기적으로 연결될 수 있도록 제1, 2 전극층(140, 240)이 형성되어 있다. 여기에 도시하지 않았으나 후술하는 바와 같이 모듈 전극에 의해 외부 단자와 연결되어 전기적인 신호를 전달할 수 있다. 본 실시예에 따른 열전 모듈은 열 전달 부재(100)와 열전 소자(160, 260) 사이 및 냉각 부재(200)와 열전 소자(160, 260) 사이 중 적어도 하나에 위치하는 열 전도층(105, 205)을 더 포함함으로써, 열 전달 부재(100)와 열전 소자(160, 260)와의 밀착성 및 냉각 부재(200)와 열전 소자(160, 260)와의 밀착성을 높이고, 열 전달 효율을 높일 수 있다. 열 전달 부재(100)와 냉각 부재(200)의 위치는 서로 바뀔 수 있다.In the present embodiment, the first and second electrode layers 140 and 240 are formed so that the plurality of thermoelectric elements 160 and 260 can be electrically connected to each other. Although not shown here, as will be described later, it may be connected to an external terminal by a module electrode to transmit an electrical signal. The thermoelectric module according to the present embodiment includes a heat conductive layer 105 positioned between the heat transfer member 100 and the thermoelectric elements 160 and 260 and between the cooling member 200 and the thermoelectric elements 160 and 260 . By further including 205 , the adhesion between the heat transfer member 100 and the thermoelectric elements 160 and 260 and the adhesion between the cooling member 200 and the thermoelectric elements 160 and 260 may be increased, and heat transfer efficiency may be increased. The positions of the heat transfer member 100 and the cooling member 200 may be interchanged.

열전 모듈은 열 전달 부재(100)와 냉각 부재(200) 사이의 온도 차이를 이용하여 발전하거나 전기 공급에 의해 냉각/가열된다. 앞에서 설명한 열 전도층(105, 205)은 좀 더 구체적으로, 열 전달 부재(100)와 제1 기판(110) 사이 및 냉각 부재(200)와 제2 기판(210) 사이에 위치할 수 있다. 열 전도층(105, 205)은 열 전달 부재(100)로부터의 열을 열전 소자(160, 260)로 전달하거나 냉각 부재(200)로 방열시킴과 동시에 외부로부터 충격이나 진동 및 열전 모듈 구성 요소의 열팽창에 의한 마운팅 부하 증가를 완화하도록 할 수 있다. 열 전도층(105, 205)은 흑연 시트, 써멀 그리스(thermal grease) 및 써멀 패드(thermal pad) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The thermoelectric module generates electricity using a temperature difference between the heat transfer member 100 and the cooling member 200 or is cooled/heated by supplying electricity. More specifically, the above-described heat conductive layers 105 and 205 may be positioned between the heat transfer member 100 and the first substrate 110 and between the cooling member 200 and the second substrate 210 . The heat conductive layers 105 and 205 transfer heat from the heat transfer member 100 to the thermoelectric elements 160 and 260 or radiate heat to the cooling member 200, and at the same time, shock or vibration from the outside and the thermoelectric module components. It can be made to alleviate the increase in the mounting load due to thermal expansion. The thermal conductive layers 105 and 205 may include at least one of a graphite sheet, thermal grease, and a thermal pad.

본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 집합체는 제1 기판(110), 제2 기판(210), 복수의 전극층(140, 240) 및 복수의 열전 소자(160, 260)를 포함한다.The thermoelectric element assembly according to the embodiment of the present invention includes a first substrate 110 , a second substrate 210 , a plurality of electrode layers 140 and 240 , and a plurality of thermoelectric elements 160 and 260 .

제1, 2 기판(110, 210)은 판상으로 형성되며, 절연성을 가질 수 있으며, 열전 소자 집합체의 외측부에 배치되어 열전 소자(160, 260) 등 열전 모듈을 구성하는 여러 가지 소자들을 보호하고, 열전 소자 집합체와 외부 사이에 전기적 절연성을 유지시킬 수 있다. 제1, 2 기판(110, 210)은 알루미나 기판일 수 있다. 제1, 2 기판(110, 210)을 대체하여 절연층 코팅을 할 수도 있다.The first and second substrates 110 and 210 are formed in a plate shape, may have insulation, and are disposed on the outer side of the thermoelectric element assembly to protect various elements constituting the thermoelectric module, such as the thermoelectric elements 160 and 260, Electrical insulation may be maintained between the thermoelectric element assembly and the outside. The first and second substrates 110 and 210 may be alumina substrates. The first and second substrates 110 and 210 may be replaced with an insulating layer coating.

제1, 2 전극층(140, 240)은 제1, 2 기판(110, 210) 상에 위치하고, 전기 전도성을 가져 전류가 흐를 수 있도록 한다. 제1, 2 전극층(140, 240)은 제1, 2 기판(110, 210)의 적어도 일 표면이 노출되도록 형성되어, 제1, 2 전극층(140, 240)이 형성된 위치에 열전 소자(160, 260)가 마운팅되도록 할 수 있다. 제1 전극층(140) 및 제2 전극층(240)은 2개의 열전 소자(160, 260) 사이에 전류가 흐를 수 있는 경로를 제공한다.The first and second electrode layers 140 and 240 are positioned on the first and second substrates 110 and 210 and have electrical conductivity to allow current to flow. The first and second electrode layers 140 and 240 are formed to expose at least one surface of the first and second substrates 110 and 210, and the thermoelectric element 160, 260) may be mounted. The first electrode layer 140 and the second electrode layer 240 provide a path through which a current may flow between the two thermoelectric elements 160 and 260 .

도 1 및 도 3을 참고하면, 폴딩을 통해 제2 전극층(240)의 서로 다른 면에 배치된 N형 열전 소자(260)와 P형 열전 소자(160)가 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, P형 열전 소자(160)가 접합된 제2 전극층(240) 부분을 구부려서 N형 열전 소자(260)와 P형 열전 소자(160) 사이에 제2 벤딩부(240B)가 위치하도록 할 수 있다. 제1 기판(110) 상에 형성된 제1 전극층(140)과, 제2 기판(210) 아래 형성된 제2 전극층(240) 사이에 열전 소자(160, 260)가 배치될 수 있다. 본 실시예처럼, 하나의 전극면, 예를 들어 도 3에 도시한 바와 같이 제2 전극층(240)의 A면과 B면 각각에 서로 다른 타입의 열전 소자를 접합시킨 구조를 가진다. 다시 말해, 도 1 및 도 2에서 제1 벤딩부(140B)와 제2 벤딩부(240B) 각각을 중심으로 P형 열전 소자(160)와 N형 열전 소자(260)는 서로 반대편에 위치할 수 있다. 구체적으로, 제1 벤딩부(140B)를 기준으로 오른쪽에 제2 N형 열전 소자(260b)가 위치하고, 왼쪽에는 제1 P형 열전 소자(160a)가 위치하며, 제2 벤딩부(240B)를 기준으로 오른쪽에 제1 P형 열전 소자(160a)가 위치하고, 왼쪽에는 제1 N형 열전 소자(260a)가 위치한다. 일반적으로 전극의 동일면에만 N형 열전 소자와 P형 열전 소자가 모두 접합하고 있는 경우에는 출력 밀도 향상을 위해 열전 소자의 크기 변화에 제한적일 수 있다. 다시 말해, 일반적으로 출력 밀도 향상을 위해서는 동일한 단위 면적(유니-커플 면적)에서 열전 소자의 저항을 감소시키고 온도차를 증가시켜 전압을 극대화시키는데, 전극의 동일면에만 N형 열전 소자와 P형 열전 소자가 모두 접합하고 있는 경우에는 저항 감소를 위해 소자의 면적이 넓어져야 하고, 단위 면적 당 출력의 증가가 어렵다. 또, 소자의 높이를 줄이면 열전 모듈 내 총 열저항량이 감소하고, 결과적으로 충분한 온도차를 형성시키기 어렵다. 하지만, 본 실시예에 따른 구조에 의해, 소자의 면적을 넓혀서 저항을 감소시켜도 모듈 내의 단위 N형 열전 소자와 P형 열전 소자가 차지하는 유니-커플 면적을 최소화하여 출력 밀도를 향상시킬 수 있고, 유니-커플 면적의 최소화는 동일 면적의 모듈 내 열저항체의 팩킹(packing)으로 이어져 기존 구조에서 형성시키던 온도차 대비 온도차의 감소를 최소화하여, 최종적으로 기존 대비 큰 폭으로 출력 밀도를 향상시킬 수 있다. 유니-커플 면적이란, 1쌍의 N형 열전 소자와 P형 열전 소자 및 이들 소자 간 간격으로 형성된 단위 구조체의 면적을 의미한다.1 and 3 , the N-type thermoelectric element 260 and the P-type thermoelectric element 160 disposed on different surfaces of the second electrode layer 240 may be electrically connected to each other through folding. That is, by bending the portion of the second electrode layer 240 to which the P-type thermoelectric element 160 is bonded, the second bending portion 240B can be positioned between the N-type thermoelectric element 260 and the P-type thermoelectric element 160 . have. Thermoelectric elements 160 and 260 may be disposed between the first electrode layer 140 formed on the first substrate 110 and the second electrode layer 240 formed under the second substrate 210 . As in the present embodiment, it has a structure in which different types of thermoelectric elements are bonded to one electrode surface, for example, the A surface and the B surface of the second electrode layer 240 as shown in FIG. 3 . In other words, in FIGS. 1 and 2 , the P-type thermoelectric element 160 and the N-type thermoelectric element 260 may be positioned opposite to each other with respect to each of the first bending part 140B and the second bending part 240B. have. Specifically, the second N-type thermoelectric element 260b is positioned on the right side of the first bending part 140B, the first P-type thermoelectric element 160a is positioned on the left side, and the second bending part 240B is positioned on the left side with respect to the first bending part 140B. As a reference, the first P-type thermoelectric element 160a is positioned on the right, and the first N-type thermoelectric element 260a is positioned on the left. In general, when both the N-type thermoelectric element and the P-type thermoelectric element are bonded only to the same surface of the electrode, the size change of the thermoelectric element may be limited in order to improve the output density. In other words, in general, in order to improve the power density, the resistance of the thermoelectric element is reduced in the same unit area (uni-couple area) and the voltage is maximized by increasing the temperature difference. When all of them are connected, the area of the device must be increased to reduce resistance, and it is difficult to increase the output per unit area. In addition, if the height of the device is reduced, the total amount of thermal resistance in the thermoelectric module is reduced, and as a result, it is difficult to form a sufficient temperature difference. However, with the structure according to the present embodiment, even if the resistance is reduced by increasing the area of the device, the uni-couple area occupied by the unit N-type thermoelectric element and the P-type thermoelectric element in the module can be minimized to improve the output density, - Minimization of the couple area leads to packing of the thermal resistor in the module of the same area, thereby minimizing the decrease in the temperature difference compared to the temperature difference formed in the existing structure, and ultimately, the output density can be significantly improved compared to the existing structure. The uni-couple area refers to an area of a pair of N-type thermoelectric elements and P-type thermoelectric elements, and a unit structure formed with an interval between these elements.

다시 도 1 및 도 2를 참고하면, 제1, 2 전극층(140, 240)은 전도성 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들어 구리, 금, 은, 니켈, 알루미늄, 크롬, 주석, 인듐, 아연 등을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속 또는 이들 금속을 포함하는 합금으로 형성될 수 있다.Referring back to FIGS. 1 and 2 , the first and second electrode layers 140 and 240 may be formed of a conductive material, for example, copper, gold, silver, nickel, aluminum, chromium, tin, indium, zinc, etc. It may be formed of at least one metal selected from the group containing or an alloy containing these metals.

제1 전극층(140)과 제1 기판(110) 사이 및 제2 전극층(240)과 제2 기판(210) 사이에는 각각 이들 사이의 견고한 접합을 위한 제1, 2 접합층(130, 230)이 위치할 수 있다. 접합층(130, 230)은 Pb, Al, Ni, Sn, Cu, Ti, Mo, Al, Ag 및 이들의 합금과 같은 금속 물질을 사용하여 형성될 수 있다.First and second bonding layers 130 and 230 are provided between the first electrode layer 140 and the first substrate 110 and between the second electrode layer 240 and the second substrate 210 for solid bonding therebetween, respectively. can be located The bonding layers 130 and 230 may be formed using a metal material such as Pb, Al, Ni, Sn, Cu, Ti, Mo, Al, Ag, and alloys thereof.

열전 소자(160, 260)는 열전 재료, 즉 열전 반도체로 구성될 수 있다. 열전 반도체에는, 칼코게나이드계, 스쿠테루다이트계, 실리사이드계, 클래스레이트계, 하프 휘슬러계 등 다양한 종류의 열전 재료가 포함될 수 있다. 예를 들어, BiTe계 물질, PbTe계 물질 등의 열전 재료를 적절히 도핑하여 사용할 수 있다.The thermoelectric elements 160 and 260 may be formed of a thermoelectric material, that is, a thermoelectric semiconductor. The thermoelectric semiconductor may include various types of thermoelectric materials such as chalcogenide-based, scuterudite-based, silicide-based, clathrate-based, and half-whistler-based thermoelectric materials. For example, a thermoelectric material such as a BiTe-based material or a PbTe-based material may be appropriately doped and used.

열전 소자(160, 260)는 N형 열전 소자(260)와 P형 열전 소자(160)를 포함하고, N형 열전 소자(260)는 홀이 이동하여 열 에너지를 이동시킬 수 있고, P형 열전 소자(160)는 전자가 이동하여 열 에너지를 이동시킬 수 있다. 열전 소자(160, 260)는 N형 열전 소자(260)와 P형 열전 소자(160)가 쌍을 이루어 하나의 기본 단위를 구성할 수 있다. N형 열전 소자(260) 및/또는 P형 열전 소자(160)는 둘 이상 구비됨으로써, 다수의 쌍을 이룰 수 있다. 또한, 이러한 N형 열전 소자(260)와 P형 열전 소자(160)는 교호적으로 배열됨으로써 다수의 N형 열전 소자(260)-P형 열전 소자(160) 쌍을 형성할 수도 있다.The thermoelectric elements 160 and 260 include an N-type thermoelectric element 260 and a P-type thermoelectric element 160 , and in the N-type thermoelectric element 260 , holes move to transfer thermal energy, and the P-type thermoelectric element 260 . In the device 160 , electrons may move to transfer thermal energy. The thermoelectric elements 160 and 260 may constitute one basic unit by forming a pair of the N-type thermoelectric element 260 and the P-type thermoelectric element 160 . Two or more of the N-type thermoelectric element 260 and/or the P-type thermoelectric element 160 may be provided to form a plurality of pairs. In addition, the N-type thermoelectric element 260 and the P-type thermoelectric element 160 may be alternately arranged to form a plurality of N-type thermoelectric elements 260 -P-type thermoelectric element 160 pairs.

N형 열전 소자(260)와 P형 열전 소자(160)는, 제1, 2 전극층(140, 240)을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 하나의 제1 전극층(140)을 기준으로, N형 열전 소자(260)는 제1 전극층(140)의 일단에 접합되고, P형 열전 소자(160)는 제1 전극층(140)의 다른 일단에 접합될 수 있다. 본 실시예에서 서로 이웃하는 P형 열전 소자(160)와 N형 열전 소자(260)의 수평 방향 길이가 서로 다르다. 이때, P형 열전 소자(160)와 N형 열전 소자(260)의 높이 및 폭은 실질적으로 동일할 수 있다. 여기서, 수평 방향의 길이는 N형 열전 소자(260)와 P형 열전 소자(160)로 이루어진 단위 열전 소자가 복수개 배열될 때, 단위 열전 소자의 배열 방향을 따라 정의되는 길이일 수 있다. 폭은 상기 단위 열전 소자의 배열 방향에 수직한 방향을 따라 정의되는 길이일 수 있다.The N-type thermoelectric element 260 and the P-type thermoelectric element 160 may be electrically connected to each other through the first and second electrode layers 140 and 240 . For example, based on one first electrode layer 140 , the N-type thermoelectric element 260 is bonded to one end of the first electrode layer 140 , and the P-type thermoelectric element 160 is the first electrode layer 140 . It can be joined to the other end of In the present embodiment, the horizontal lengths of the P-type thermoelectric element 160 and the N-type thermoelectric element 260 adjacent to each other are different from each other. In this case, the height and width of the P-type thermoelectric element 160 and the N-type thermoelectric element 260 may be substantially the same. Here, the horizontal length may be a length defined along the arrangement direction of the unit thermoelectric element when a plurality of unit thermoelectric elements including the N-type thermoelectric element 260 and the P-type thermoelectric element 160 are arranged. The width may be a length defined along a direction perpendicular to an arrangement direction of the unit thermoelectric element.

이하에서는 본 실시예에 따른 N형 열전 소자(260), P형 열전 소자(160), 제1 전극층(140) 및 제2 전극층(240)에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the N-type thermoelectric element 260 , the P-type thermoelectric element 160 , the first electrode layer 140 , and the second electrode layer 240 according to the present embodiment will be described in detail.

본 실시예에 따르면, 서로 다른 수준의 전기 전도도, 제백 특성 및 열전도도 등을 나타내는 P형 열전 소자와 N형 열전 소자를 함께 사용했을 때 나타날 수 있는 성능 감소를 줄이고 열전 모듈의 출력 밀도를 향상시키기 위해, P형 열전 소자(160)와 N형 열전 소자(260)의 수평 방향 길이를 서로 다르게 형성한다. 예를 들면, 높은 비저항을 갖는 P형 열전 소자(160)의 수평 방향 길이를 N형 열전 소자(260) 대비하여 줄임으로써, 소자의 저항을 줄임과 동시에 전류가 흐르는 방향에 수직한 단위 면적이 감소되어 출력 밀도가 증가할 수 있다.According to this embodiment, reducing the performance decrease that may occur when a P-type thermoelectric element and an N-type thermoelectric element showing different levels of electrical conductivity, Seebeck characteristic and thermal conductivity are used together and improving the output density of the thermoelectric module To this end, the horizontal lengths of the P-type thermoelectric element 160 and the N-type thermoelectric element 260 are different from each other. For example, by reducing the horizontal length of the P-type thermoelectric element 160 having a high resistivity compared to the N-type thermoelectric element 260 , the resistance of the element is reduced and the unit area perpendicular to the current flowing direction is reduced. This can increase the power density.

이러한 열전 소자 구조를 구현하기 위해, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, P형 열전 소자(160)와 N형 열전 소자(260)를 전기적으로 직렬 연결시키는 전극층(140, 240)이 서로 이웃하는 N형 열전 소자(260) 사이의 공간으로 꺾인 부분을 갖도록 할 수 있다. 제1 전극층(140)과 제2 전극층(240)은 각각 서로 이웃하는 2개의 N형 열전 소자(260) 사이의 공간으로 꺾인 제1 벤딩부(140B)와 제2 벤딩부(240B)를 갖는다. 본 실시예에 따른 P형 열전 소자(160)는 제1 벤딩부(140B)와 제2 벤딩부(240B) 사이에 위치하고, 수평 방향의 길이가 N형 열전 소자(260) 대비하여 작다. In order to implement such a thermoelectric element structure, as shown in FIGS. 1 and 2 , electrode layers 140 and 240 electrically connecting the P-type thermoelectric element 160 and the N-type thermoelectric element 260 in series are adjacent to each other. The space between the N-type thermoelectric elements 260 may have a bent portion. The first electrode layer 140 and the second electrode layer 240 each have a first bending portion 140B and a second bending portion 240B bent into a space between two N-type thermoelectric elements 260 adjacent to each other. The P-type thermoelectric element 160 according to the present exemplary embodiment is positioned between the first bending part 140B and the second bending part 240B, and the length in the horizontal direction is smaller than that of the N-type thermoelectric element 260 .

구체적으로, 제1 벤딩부(140B)와 상기 제2 벤딩부(240B) 사이에 제1 P형 열전 소자(160a)가 위치하고, 서로 이웃하는 제1 N형 열전 소자(260a)와 제2 N형 열전 소자(260b) 사이에 제1 벤딩부(140B), 제1 P형 열전 소자(160a) 및 제2 벤딩부(240B)가 순차적으로 배열될 수 있다. 제1 전극층(140)은 제1 N형 열전 소자(260a) 아래 위치하는 제1 하부 전극층(140)과 제2 N형 열전 소자(260b) 아래 위치하는 제2 하부 전극층(140A)을 포함하고, 제2 전극층(240)은 제1 N형 열전 소자(260a) 위에 위치하는 제1 상부 전극층(240A)을 포함한다. 제2 벤딩부(240B)는 제1 상부 전극층(240A)에 연결되면서 제1 N형 열전 소자(260a)에 인접하고, 제1 벤딩부(140B)는 제2 하부 전극층(140A)에 연결되면서 제2 N형 열전 소자(260b)에 인접하도록 위치할 수 있다.Specifically, the first P-type thermoelectric element 160a is positioned between the first bending part 140B and the second bending part 240B, and the first N-type thermoelectric element 260a and the second N-type thermoelectric element 260a are adjacent to each other. A first bending part 140B, a first P-type thermoelectric element 160a, and a second bending part 240B may be sequentially arranged between the thermoelectric elements 260b. The first electrode layer 140 includes a first lower electrode layer 140 positioned under the first N-type thermoelectric element 260a and a second lower electrode layer 140A positioned under the second N-type thermoelectric element 260b, The second electrode layer 240 includes a first upper electrode layer 240A positioned on the first N-type thermoelectric element 260a. The second bending part 240B is connected to the first upper electrode layer 240A and adjacent to the first N-type thermoelectric element 260a, and the first bending part 140B is connected to the second lower electrode layer 140A while being connected to the second lower electrode layer 140A. 2 It may be positioned adjacent to the N-type thermoelectric element 260b.

이처럼 본 실시예에 따른 P형 열전 소자(160)가 서로 이웃하는 N형 열전 소자(260) 사이의 공간에 제1 벤딩부(140) 및 제2 벤딩부(240)와 함께 컴팩트하게 형성됨으로써, N형 열전 소자(160)와 N형 열전 소자(260)의 수평 방향 길이가 서로 다르 구조를 구현할 수 있다.As such, the P-type thermoelectric element 160 according to the present embodiment is compactly formed together with the first bending part 140 and the second bending part 240 in the space between the N-type thermoelectric elements 260 adjacent to each other, A structure in which the N-type thermoelectric element 160 and the N-type thermoelectric element 260 have different horizontal lengths may be implemented.

열전 소자(160, 260)와 제1 전극층(140) 사이 및/또는 열전 소자(160, 260)와 제2 전극층(240) 사이에는 확산 방지층, 소재 접합층, 보호층 등의 기능층을 포함하는 보조층(150, 250)이 위치할 수 있다.Between the thermoelectric elements 160 and 260 and the first electrode layer 140 and/or between the thermoelectric elements 160 and 260 and the second electrode layer 240, a diffusion barrier layer, a material bonding layer, a protective layer, etc. Auxiliary layers 150 and 250 may be positioned.

본 실시예에서 제1 N형 열전 소자(260a)와 제1 P형 열전 소자(160a)를 포함하는 제1 단위 열전 소자가 적어도 두 개 연속적으로 배열될 수 있다. 가령, 제1 단위 열전 소자와 이웃하는 위치에 제2 N형 열전 소자(260b)와 제2 P형 열전 소자(160b)가 상기 제1 단위 열전 소자와 동일한 구조의 단위 열전 소자를 형성하여, 상기 단위 열전 소자는 상기 제1 단위 열전 소자와 전기적으로 연결되고, 이러한 복수의 단위 열전 소자가 반복 배열되어 전기적 흐름이 발생할 수 있다.In the present embodiment, at least two first unit thermoelectric elements including the first N-type thermoelectric element 260a and the first P-type thermoelectric element 160a may be sequentially arranged. For example, the second N-type thermoelectric element 260b and the second P-type thermoelectric element 160b form a unit thermoelectric element having the same structure as the first unit thermoelectric element at a position adjacent to the first unit thermoelectric element, The unit thermoelectric element may be electrically connected to the first unit thermoelectric element, and the plurality of unit thermoelectric elements may be repeatedly arranged to generate an electrical flow.

도 1의 실시예에서 서로 이웃하는 P형 열전 소자(160)와 N형 열전 소자(260)의 수평 방향 길이가 서로 다르고, 높이 및 폭은 실질적으로 동일한 것으로 설명하였으나, P형 열전 소자(160)와 N형 열전 소자(260)의 소재 성능에 따라 소자 구조를 변형할 수 있고, 한 예로 서로 이웃하는 P형 열전 소자(160)와 N형 열전 소자(260)의 수평 방향 길이가 서로 다른 조건을 유지한 상태에서 높이를 크게 함과 동시에 폭을 줄일 수 있다.1, the P-type thermoelectric element 160 and the N-type thermoelectric element 260 have different horizontal lengths, and have been described as having substantially the same height and width, but the P-type thermoelectric element 160 The device structure may be modified according to the material performance of the and N-type thermoelectric element 260 , and for example, a condition in which the P-type thermoelectric element 160 and the N-type thermoelectric element 260 adjacent to each other have different horizontal lengths. You can increase the height and decrease the width while maintaining it.

도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 열전 모듈에 포함된 절연 코팅층을 나타내는 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating an insulating coating layer included in a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, 제1 전극층(140) 및 제2 전극층(240) 상에 절연 코팅층(135, 235)이 형성되어 도 1에서 설명한 제1 기판(110)과 제2 기판(210)을 대체할 수 있다. 절연 코팅층(135, 235)은 절연체이며, 절연 코팅층(135, 235)은 열전 모듈 외부의 열원/냉각 부재로의 누설 전류 형성을 억제할 수 있다. 절연 코팅층(135, 235)은 알루미나를 포함할 수 있다. 구현하고자 하는 열전 모듈의 성능을 고려하여, 필요에 따라 도 1에서 설명한 제1, 2 기판(110, 210)과 같이 열전 소자 집합체 전면에 기판을 형성하거나 본 실시예와 같이 제1, 2 절연 코팅층(135, 235) 중 적어도 하나를 열전 소자 집합체에 국부적으로 부착할 수 있다. 한 예로, 도 4에 도시한 바와 같이 제2 절연 코팅층(235)은, N형 열전 소자(260)와 P형 열전 소자(160)로 이루어진 단위 열전 소자마다 복수개가 이격 형성될 수 있다.Referring to FIG. 4 , insulating coating layers 135 and 235 are formed on the first electrode layer 140 and the second electrode layer 240 to replace the first substrate 110 and the second substrate 210 described in FIG. 1 . can do. The insulating coating layers 135 and 235 are insulators, and the insulating coating layers 135 and 235 may suppress the formation of a leakage current to a heat source/cooling member outside the thermoelectric module. The insulating coating layers 135 and 235 may include alumina. In consideration of the performance of the thermoelectric module to be implemented, if necessary, a substrate may be formed on the entire surface of the thermoelectric element assembly like the first and second substrates 110 and 210 described with reference to FIG. 1 , or the first and second insulating coating layers may be formed as in this embodiment. At least one of (135, 235) may be locally attached to the thermoelectric element assembly. For example, as shown in FIG. 4 , a plurality of second insulating coating layers 235 may be formed to be spaced apart for each unit thermoelectric element including the N-type thermoelectric element 260 and the P-type thermoelectric element 160 .

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈의 제조 공정을 간략히 도시한 단면도들이다.5 is a cross-sectional view schematically illustrating a manufacturing process of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.

도 4 및 도 5를 참고하면, P형 열전 소자(160)에 고온 상태에서 압력을 가하여 접합층(230)을 통해 제2 절연 코팅층(235)이 부착된 제2 전극층(240) 및 제1 절연 코팅층(135)이 부착된 제1 전극층(140)과 접합할 수 있다. 이때, 고온 가압 이후 제1 절연 코팅층(135)과 제2 절연 코팅층(235)의 높이 차이를 제어하기 위해, 제1 절연 코팅층(135) 하부에 높이 조절 부재(137)를 형성할 수 있다.4 and 5 , the second electrode layer 240 and the first insulation layer to which the second insulating coating layer 235 is attached through the bonding layer 230 by applying pressure to the P-type thermoelectric element 160 at a high temperature. The coating layer 135 may be bonded to the attached first electrode layer 140 . In this case, in order to control the height difference between the first insulating coating layer 135 and the second insulating coating layer 235 after high-temperature pressurization, a height adjustment member 137 may be formed under the first insulating coating layer 135 .

이후, 높이 조절 부재(137)를 제거하고, 제1, 2 전극층(140, 240)의 절곡 공정을 수행하며, 제1 전극층(140) 위에 N형 열전 소자(260)를 접합할 수 있다. 이러한 공정을 반복 진행하여 도 4에 도시한 열전 모듈을 형성할 수 있다.Thereafter, the height adjustment member 137 may be removed, the bending process of the first and second electrode layers 140 and 240 may be performed, and the N-type thermoelectric element 260 may be bonded on the first electrode layer 140 . By repeating this process, the thermoelectric module shown in FIG. 4 may be formed.

도 1의 열전 모듈도 앞에서 설명한 제조 공정과 유사하게 형성될 수 있다. 다시 말해, 제1, 2 절연 코팅층(135, 235) 없이 도 5에서 설명한 공정을 진행하여 제1, 2 벤딩부(140B, 240B)를 가진 제1, 2 전극층(140, 240)과 P형 열전 소자(160)를 제1 기판(110) 위에 형성하고, 제1 전극층(140) 위에 N형 열전 소자(260)를 접합시킬 수 있다.The thermoelectric module of FIG. 1 may be formed similarly to the manufacturing process described above. In other words, the first and second electrode layers 140 and 240 having the first and second bending parts 140B and 240B, and the P-type thermoelectric The device 160 may be formed on the first substrate 110 , and the N-type thermoelectric device 260 may be bonded to the first electrode layer 140 .

도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 열전 모듈을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 7은 도 6의 실시예에 따른 열전 모듈에서 전극 구조를 나타내기 위한 사시도이다. 도 6 및 도 7의 실시예는 도 1의 실시예와 대부분 동일하고, 이하에서는 차이가 있는 부분에 대해서만 설명하기로 한다.6 is a cross-sectional view schematically illustrating a thermoelectric module according to another exemplary embodiment of the present invention. 7 is a perspective view illustrating an electrode structure in the thermoelectric module according to the embodiment of FIG. 6 . The embodiment of FIGS. 6 and 7 is mostly the same as the embodiment of FIG. 1 , and only parts with differences will be described below.

도 6 및 도 7을 참고하면, P형 열전 소자(160)와 N형 열전 소자(260)의 소재 성능에 따라 소자 구조를 변형할 수 있고, 한 예로 서로 이웃하는 P형 열전 소자(160)와 N형 열전 소자(260)의 수평 방향 길이가 서로 다른 조건을 유지한 상태에서 도 1의 실시예 대비하여 높이를 크게 형성할 수 있다. 또, P형 열전 소자(160)는 제1 벤딩부(140B)와 제2 벤딩부(240B) 사이에 복수개 형성될 수 있다. 복수개의 제1 P형 열전 소자(160)는 병렬로 연결되기 때문에 제1 전극층(140)의 제1 벤딩부(140B)와 제2 전극층(240)의 제2 벤딩부(240B) 간의 접합 강도를 높이고 출력 밀도를 강화할 수 있다. 또, 복수개의 P형 열전 소자(160)가 병렬 연결 형태로 서로 이격되기 때문에 1개의 P형 열전 소자(160)의 접합이 떨어지거나 1개의 P형 열전 소자(160)가 망가지더라도 다른 P형 열전 소자(160)를 통해 소자가 그 기능을 발휘할 수 있다. 도 6 및 도 7의 실시예에서는 4개의 P형 열전 소자(161, 162, 163, 164)가 형성되는 것으로 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니다.6 and 7 , the device structure may be modified according to the material performance of the P-type thermoelectric element 160 and the N-type thermoelectric element 260 , and for example, the P-type thermoelectric element 160 and Compared to the embodiment of FIG. 1 , the height of the N-type thermoelectric element 260 may be increased while maintaining different horizontal lengths. In addition, a plurality of P-type thermoelectric elements 160 may be formed between the first bending part 140B and the second bending part 240B. Since the plurality of first P-type thermoelectric elements 160 are connected in parallel, the bonding strength between the first bending portion 140B of the first electrode layer 140 and the second bending portion 240B of the second electrode layer 240 is increased. It can be increased and the output density can be strengthened. In addition, since the plurality of P-type thermoelectric elements 160 are spaced apart from each other in a parallel connection form, even if the junction of one P-type thermoelectric element 160 is dropped or one P-type thermoelectric element 160 is damaged, another P-type thermoelectric element 160 is broken. Through the thermoelectric element 160 , the element may exhibit its function. In the embodiments of FIGS. 6 and 7 , four P-type thermoelectric elements 161 , 162 , 163 , and 164 are illustrated as being formed, but the present invention is not limited thereto.

도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 열전 모듈을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 8의 실시예는 하이브리드 타입의 열전 소자 집합체를 포함한다.8 is a cross-sectional view schematically illustrating a thermoelectric module according to another exemplary embodiment of the present invention. The embodiment of FIG. 8 includes a hybrid type thermoelectric element assembly.

도 8을 참고하면, 도 1에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈이, 복수의 열전 소자 중에서 수평 방향 길이가 서로 동일한 제3 N형 열전 소자(260c)와 제3 P형 열전 소자(160c)를 더 포함한다. 본 실시예에서, 제1 전극층(140)은 제3 N형 열전 소자(260c)와 제3 P형 열전 소자(160c) 아래 위치하는 제2 하부 전극층(141)을 포함하고, 제2 전극층(240)은 제3 N형 열전 소자(260c)와 제3 P형 열전 소자(160c) 위에 위치하는 제2 상부 전극층(241)을 포함한다. 제2 상부 전극층(241) 및 제2 하부 전극층(141) 중 하나는 제3 N형 열전 소자(260c)로부터 제3 P형 열전 소자(160c)까지 연속적으로 연결되고, 제2 상부 전극층(241) 및 제2 하부 전극층(141) 중 다른 하나는 제3 N형 열전 소자(260c)와 제3 P형 열전 소자(160c) 사이에서 이격될 수 있다. 본 실시예에서는 제2 상부 전극층(241)이 연속적으로 연결되고, 제2 하부 전극층(141)이 이격되는 것으로 도시되어 있다.Referring to FIG. 8 , in the thermoelectric module according to the embodiment of the present invention described in FIG. 1 , a third N-type thermoelectric element 260c and a third P-type thermoelectric element 160c having the same horizontal length among a plurality of thermoelectric elements ) is further included. In the present embodiment, the first electrode layer 140 includes a third N-type thermoelectric element 260c and a second lower electrode layer 141 positioned below the third P-type thermoelectric element 160c, and the second electrode layer 240 ) includes the third N-type thermoelectric element 260c and the second upper electrode layer 241 positioned on the third P-type thermoelectric element 160c. One of the second upper electrode layer 241 and the second lower electrode layer 141 is continuously connected from the third N-type thermoelectric element 260c to the third P-type thermoelectric element 160c, and the second upper electrode layer 241 . and the other of the second lower electrode layer 141 may be spaced apart between the third N-type thermoelectric element 260c and the third P-type thermoelectric element 160c. In this embodiment, it is illustrated that the second upper electrode layers 241 are continuously connected and the second lower electrode layers 141 are spaced apart from each other.

도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 열전 모듈에 포함된 더미 금속층을 개략적으로 나타내는 단면도이다.9 is a cross-sectional view schematically illustrating a dummy metal layer included in a thermoelectric module according to another embodiment of the present invention.

도 9를 참고하면, 도 1에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈이, 복수의 열전 소자 중에서 수평 방향 길이가 동일하면서 높이가 서로 다른 제4 N형 열전 소자(260d)와 제4 P형 열전 소자(160d)를 더 포함한다. 본 실시예에서, 제4 N형 열전 소자(260d)와 제4 P형 열전 소자(160d) 중 높이가 낮은 열전 소자와 수직 방향으로 중첩하도록 위치하는 더미 금속층(300)을 더 포함한다. 본 실시예에서 높이가 낮은 열전 소자는 제4 P형 열전 소자(160d)일 수 있다.Referring to FIG. 9 , in the thermoelectric module according to the embodiment of the present invention described in FIG. 1 , among a plurality of thermoelectric elements, a fourth N-type thermoelectric element 260d and a fourth P-type thermoelectric element having the same horizontal length and different heights A thermoelectric element 160d is further included. In the present embodiment, a dummy metal layer 300 positioned to vertically overlap with a thermoelectric element having a lower height among the fourth N-type thermoelectric element 260d and the fourth P-type thermoelectric element 160d is further included. In this embodiment, the thermoelectric element having a low height may be the fourth P-type thermoelectric element 160d.

제1 전극층(140)은 제4 N형 열전 소자(260d)와 제4 P형 열전 소자(160d) 아래 위치하는 제2 하부 전극층(141)을 포함하고, 제2 전극층(240)은 제4 N형 열전 소자(260d)와 제4 P형 열전 소자(160d) 위에 위치하는 제2 상부 전극층(241)을 포함한다. 제2 상부 전극층(241)은 제4 N형 열전 소자(260d)와 제4 P형 열전 소자(160d) 사이의 공간에 꺾인 부분을 포함할 수 있다.The first electrode layer 140 includes a fourth N-type thermoelectric element 260d and a second lower electrode layer 141 positioned under the fourth P-type thermoelectric element 160d, and the second electrode layer 240 includes a fourth N-type thermoelectric element 160d. It includes a second upper electrode layer 241 positioned on the thermoelectric element 260d and the fourth P-type thermoelectric element 160d. The second upper electrode layer 241 may include a bent portion in a space between the fourth N-type thermoelectric element 260d and the fourth P-type thermoelectric element 160d.

더미 금속층(300)은 제2 기판(210)과 제2 전극층(240) 사이에 위치할 수 있다. 더미 금속층(300)과 제2 전극층(240) 사이에 접합층(310)이 형성될 수 있다. 접합층(310)은 제2 전극층(240)에 더미 금속층(300)을 부착하기 위한 것이며, Pb, Al, Ni, Sn, Cu, Ti, Mo, Al, Ag, Fe, Cr, Au, Pt 및 이들의 합금과 같은 금속 물질을 사용하여 형성될 수 있다.The dummy metal layer 300 may be positioned between the second substrate 210 and the second electrode layer 240 . A bonding layer 310 may be formed between the dummy metal layer 300 and the second electrode layer 240 . The bonding layer 310 is for attaching the dummy metal layer 300 to the second electrode layer 240 , and includes Pb, Al, Ni, Sn, Cu, Ti, Mo, Al, Ag, Fe, Cr, Au, Pt and It may be formed using a metal material such as an alloy thereof.

출력을 극대화하려면 저항은 작고 온도차는 커져야 하는데, 더미 금속층(300)을 사용하지 않을 경우 대비하여 더미 금속층(300)을 사용할 경우, 꺾인 전극 구조의 전기 회로 안에 더미 금속층(300)이 들어가지 않기 때문에 총저항은 그대로이지만, 열원으로부터 열을 전달하는 열흐름 경로는 추가되는 것이다. 따라서, 더미 금속층(300)을 사용하지 않을 때 대비하여, 최소화되어 있는 총저항을 유지하면서도 온도차를 크게 만들어서 출력을 극대화시킬 수 있다.In order to maximize the output, the resistance must be small and the temperature difference must be large. In case the dummy metal layer 300 is not used, when the dummy metal layer 300 is used, the dummy metal layer 300 does not enter the electric circuit of the bent electrode structure. The total resistance remains the same, but the heat flow path to transfer heat from the heat source is added. Accordingly, in preparation for not using the dummy metal layer 300 , the output can be maximized by increasing the temperature difference while maintaining the minimized total resistance.

도 10은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 열전 모듈을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 10의 실시예는, 도 1에서 설명한 실시예와 대부분 동일하므로 이하에서는 차이가 나는 부분에 대해서만 설명하기로 한다.10 is a cross-sectional view schematically illustrating a thermoelectric module according to another exemplary embodiment of the present invention. Since the embodiment of FIG. 10 is mostly the same as the embodiment described with reference to FIG. 1 , only the different parts will be described below.

도 10을 참고하면, 제1 전극층(140)은 제2 N형 열전 소자(260b) 아래 위치하는 제2 하부 전극층(140A)을 포함하고, 제2 전극층(240)은 제1 N형 열전 소자(260a) 위에 위치하는 제1 상부 전극층(240A)을 포함하며, 제2 벤딩부(240B)는 제1 상부 전극층(240A)에 연결되면서 제2 N형 열전 소자(260b)에 인접하고, 제1 벤딩부(140B)는 제2 하부 전극층(140A)에 연결되면서 제1 N형 열전 소자(260A)에 인접하도록 위치한다.Referring to FIG. 10 , the first electrode layer 140 includes a second lower electrode layer 140A positioned under the second N-type thermoelectric element 260b, and the second electrode layer 240 includes the first N-type thermoelectric element ( 260a), the second bending part 240B is connected to the first upper electrode layer 240A and is adjacent to the second N-type thermoelectric element 260b, and is first bent The portion 140B is positioned adjacent to the first N-type thermoelectric element 260A while being connected to the second lower electrode layer 140A.

열전 모듈에 포함된 열 전달 부재(100)와 냉각 부재(200)에 의해, 어느 한쪽은 뜨거워지고 다른 한쪽이 차가워지면, 한쪽은 많이 늘어나고 다른 한쪽은 조금 늘어나게 될 때 열전 소자가 휘어져서 스트레스가 발생할 수 있는데, 본 실시예에 따른 열전 모듈은, 2개의 벤딩부(140B, 240B)가 P형 열전 소자(160)의 2면, 상부면과 측면 또는 하부면과 측면을 연속적으로 감싸는 구조를 가지므로, 스트레스를 감소시키고, 이러한 접합 방향으로 인해 소자의 내구성이 강화될 수 있다.By the heat transfer member 100 and the cooling member 200 included in the thermoelectric module, when one side becomes hot and the other side cools, one side is stretched a lot and the other side is slightly stretched, the thermoelectric element is bent and stress is generated. Since the thermoelectric module according to the present embodiment has a structure in which two bending portions 140B and 240B continuously surround two surfaces, an upper surface and a side surface or a lower surface and a side surface of the P-type thermoelectric element 160 , , the stress can be reduced, and durability of the device can be enhanced due to this bonding orientation.

도 11은 비교예에 따른 열전 모듈을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 12는 도 11의 비교예에 따른 열전 모듈에 포함되는 열전 소자 배열체를 도시한 평면도이다.11 is a cross-sectional view schematically illustrating a thermoelectric module according to a comparative example. 12 is a plan view illustrating a thermoelectric element arrangement included in the thermoelectric module according to the comparative example of FIG. 11 .

도 11을 참고하면, 복수의 열전 소자들은 수평 방향 길이가 서로 동일한 N형 열전 소자(26)와 P형 열전 소자(16)로 이루어져 있다. 여기서, N형 열전 소자(26)와 P형 열전 소자(16) 아래 위치하는 하부 전극층(14)과, N형 열전 소자(26)와 P형 열전 소자(16) 위에 위치하는 상부 전극층(24)이 형성되어 있다.Referring to FIG. 11 , the plurality of thermoelectric elements includes an N-type thermoelectric element 26 and a P-type thermoelectric element 16 having the same horizontal length. Here, the lower electrode layer 14 positioned below the N-type thermoelectric element 26 and the P-type thermoelectric element 16 , and the upper electrode layer 24 positioned above the N-type thermoelectric element 26 and the P-type thermoelectric element 16 ) is formed.

상부 전극층(24)은 N형 열전 소자(26)로부터 P형 열전 소자(16)까지 연속적으로 연결되고, 하부 전극층(14)은 N형 열전 소자(26)와 P형 열전 소자(16) 사이에서 이격될 수 있다. 이때, 상부 전극층(24)은 P형 열전 소자(16)와 N형 열전 소자(26) 사이에서 이격되고, 하부 전극층(14)은 P형 열전 소자(16)로부터 N형 열전 소자(26)까지 연속적으로 연결될 수 있다.The upper electrode layer 24 is continuously connected from the N-type thermoelectric element 26 to the P-type thermoelectric element 16 , and the lower electrode layer 14 is disposed between the N-type thermoelectric element 26 and the P-type thermoelectric element 16 . can be spaced apart. At this time, the upper electrode layer 24 is spaced apart between the P-type thermoelectric element 16 and the N-type thermoelectric element 26 , and the lower electrode layer 14 extends from the P-type thermoelectric element 16 to the N-type thermoelectric element 26 . can be connected continuously.

도 12를 참고하면, 열전 모듈은 제1 모듈 전극(50), 열전 소자 배열체(60) 및 제2 모듈 전극(70)을 포함하고, 열전 소자 배열체(60)는 복수의 행과 복수의 열의 구조를 가질 수 있다. 열전 소자 배열체(60)는 앞에서 설명한 N형 열전 소자(26)와 P형 열전 소자(16)를 포함하는 단위 열전 소자가 반복 배열되어 형성된다.Referring to FIG. 12 , the thermoelectric module includes a first module electrode 50 , a thermoelectric element arrangement 60 , and a second module electrode 70 , and the thermoelectric element arrangement 60 has a plurality of rows and a plurality of rows. It can have a columnar structure. The thermoelectric element array 60 is formed by repeatedly arranging unit thermoelectric elements including the N-type thermoelectric element 26 and the P-type thermoelectric element 16 described above.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈에 포함되는 열전 소자 배열체를 도시한 평면도이다.13 is a plan view illustrating a thermoelectric element arrangement included in a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.

도 13을 참고하면, 본 실시예에 따른 열전 모듈은 제1 모듈 전극(500), 열전 소자 배열체(600) 및 제2 모듈 전극(700)을 포함하고, 열전 소자 배열체(60)는 복수의 행과 복수의 열의 구조를 가질 수 있다. 열전 소자 배열체(60)는 도 1에서 설명한 N형 열전 소자(260)와 P형 열전 소자(160)를 포함하는 제1 단위 열전 소자가 반복 배열되어 형성된다.Referring to FIG. 13 , the thermoelectric module according to the present embodiment includes a first module electrode 500 , a thermoelectric element assembly 600 , and a second module electrode 700 , and the thermoelectric element assembly 60 includes a plurality of It may have a structure of a row and a plurality of columns. The thermoelectric element array 60 is formed by repeatedly arranging first unit thermoelectric elements including the N-type thermoelectric element 260 and the P-type thermoelectric element 160 described with reference to FIG. 1 .

도 14는 도 13의 열전 소자 배열체의 변형예를 도시한 평면도이다.14 is a plan view illustrating a modified example of the thermoelectric element arrangement of FIG. 13 .

도 14를 참고하면, 본 실시예에 따른 열전 모듈은, 도 13의 실시예와 마찬가지로 제1 모듈 전극(500), 열전 소자 배열체(610) 및 제2 모듈 전극(700)을 포함하고, 열전 소자 배열체(610)는 복수의 행과 복수의 열의 구조를 가질 수 있다.Referring to FIG. 14 , the thermoelectric module according to the present embodiment includes a first module electrode 500 , a thermoelectric element arrangement 610 , and a second module electrode 700 , as in the embodiment of FIG. 13 , and the thermoelectric module The device arrangement 610 may have a structure of a plurality of rows and a plurality of columns.

다만, 본 실시예에 따른 열전 모듈은 도 8에서 설명한 제3 N형 열전 소자(260c)와 제3 P형 열전 소자(160c)를 포함하는 제2 단위 열전 소자(UTD1)를 더 포함한다. 본 실시예에서 제2 단위 열전 소자(UTD1)는 열전 소자 배열체(610)의 행의 끝단에 배열될 수 있다.However, the thermoelectric module according to the present embodiment further includes the second unit thermoelectric element UTD1 including the third N-type thermoelectric element 260c and the third P-type thermoelectric element 160c described with reference to FIG. 8 . In the present exemplary embodiment, the second unit thermoelectric element UTD1 may be arranged at the end of a row of the thermoelectric element arrangement 610 .

도 15는 도 14의 열전 소자 배열체의 변형예를 도시한 평면도이다.15 is a plan view illustrating a modified example of the thermoelectric element arrangement of FIG. 14 .

도 15를 참고하면, 본 실시예에 따른 열전 모듈은, 도 13의 실시예와 마찬가지로 제1 모듈 전극(500), 열전 소자 배열체(620) 및 제2 모듈 전극(700)을 포함하고, 열전 소자 배열체(620)는 복수의 행과 복수의 열의 구조를 가질 수 있다.Referring to FIG. 15 , the thermoelectric module according to the present embodiment includes a first module electrode 500 , a thermoelectric element assembly 620 , and a second module electrode 700 , as in the embodiment of FIG. 13 , and the thermoelectric module The device arrangement 620 may have a structure of a plurality of rows and a plurality of columns.

다만, 본 실시예에 따른 열전 모듈은 도 9에서 설명한 제4 N형 열전 소자(260d)와 제4 P형 열전 소자(160d)를 포함하는 제3 단위 열전 소자(UTD2)를 더 포함한다. 본 실시예에서 제3 단위 열전 소자(UTD2)는 열전 소자 배열체(620)의 행의 끝단에 배열될 수 있다.However, the thermoelectric module according to the present embodiment further includes a third unit thermoelectric element UTD2 including the fourth N-type thermoelectric element 260d and the fourth P-type thermoelectric element 160d described with reference to FIG. 9 . In the present exemplary embodiment, the third unit thermoelectric element UTD2 may be arranged at the end of a row of the thermoelectric element arrangement 620 .

하기 표 1에서, 비교예는 도 12에서 설명한 열전 모듈, 실시예 1은 도 13에서 설명한 본 실시예에 따른 열전 모듈, 실시예 2는 도 14에서 설명한 본 실시예에 따른 열전 모듈, 실시예 3은 도 15에서 설명한 본 실시예에 따른 열전 모듈 각각에서 열 전달 부재의 온도를 섭씨 420도로 하고, 냉각 부재의 온도를 섭씨 6도로 하여 온도차를 형성한 후, 소자 저항, 최대 출력 밀도 및 발전 효율을 측정한 값을 나타낸다. 하기 표 1을 참고하면, 비교예 대비하여 실시예 1, 2, 3에서 최대 출력 밀도 및 발전 효율이 향상됨을 확인할 수 있다.In Table 1 below, Comparative Example is the thermoelectric module described with reference to FIG. 12, Example 1 is the thermoelectric module according to the present embodiment described with reference to FIG. 13, Example 2 is the thermoelectric module according to the present embodiment described with reference to FIG. 14, Example 3 In each of the thermoelectric modules according to the present embodiment described in FIG. 15, the temperature of the heat transfer member is 420 degrees Celsius and the temperature of the cooling member is 6 degrees Celsius to form a temperature difference, and then the device resistance, maximum power density and power generation efficiency The measured value is indicated. Referring to Table 1 below, it can be seen that the maximum power density and power generation efficiency are improved in Examples 1, 2, and 3 compared to Comparative Examples.

소자 저항(mΩ)Device resistance (mΩ) 최대 출력 밀도(W/cm²)Maximum power density (W/cm ² ) 발전 효율(%)Power generation efficiency (%) 비교예comparative example >512 mΩ>512 mΩ 0.58~0.610.58 to 0.61 ~2.7~2.7 실시예 1Example 1 >180 mΩ>180 mΩ 1.79~1.881.79~1.88 ~3.11~3.11 실시예 2Example 2 >317 mΩ>317 mΩ 1.47~1.541.47~1.54 ~3.18~3.18 실시예 3Example 3 >235 mΩ>235 mΩ 1.86~1.971.86 to 1.97 ~3.72~3.72

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims are also provided. is within the scope of the

100: 열 전달 부재
200: 냉각 부재
137: 높이 조절 부재
140: 제1 전극층
240: 제2 전극층
140B: 제1 벤딩부
240B: 제2 벤딩부
160, 260: 열전 소자
300: 더미 금속층
600: 610, 620: 열전 소자 배열체100: heat transfer member
200: cooling member
137: height adjustment member
140: first electrode layer
240: second electrode layer
140B: first bending part
240B: second bending unit
160, 260: thermoelectric element
300: dummy metal layer
600: 610, 620: thermoelectric element arrangement

Claims

a plurality of thermoelectric elements positioned between the heat transfer member and the cooling member; and
a first electrode layer and a second electrode layer respectively positioned between the heat transfer member and the plurality of thermoelectric elements and between the cooling member and the plurality of thermoelectric elements;
The plurality of thermoelectric elements includes a P-type thermoelectric element and an N-type thermoelectric element, and adjacent P-type thermoelectric elements and N-type thermoelectric elements have different horizontal lengths,
The first electrode layer and the second electrode layer each have a first bending portion and a second bending portion bent into a space between two N-type thermoelectric elements adjacent to each other,
A thermoelectric module having a smaller horizontal length among the P-type thermoelectric element and the N-type thermoelectric element is positioned between the first bending part and the second bending part.

In claim 1,
A first P-type thermoelectric element is positioned between the first bending part and the second bending part, and the first bending part and the first P-type thermoelectric element are positioned between adjacent first N-type thermoelectric elements and second N-type thermoelectric elements. A thermoelectric module in which a type thermoelectric element and the second bending part are sequentially arranged.

In claim 2,
The first electrode layer includes a second lower electrode layer positioned below the second N-type thermoelectric element, the second electrode layer includes a first upper electrode layer positioned on the first N-type thermoelectric element, and the second bending The thermoelectric module is disposed adjacent to the first N-type thermoelectric element while connected to the first upper electrode layer, and the first bending portion is connected to the second lower electrode layer and adjacent to the second N-type thermoelectric element.

In claim 3,
The second N-type thermoelectric element is electrically connected to a second P-type thermoelectric element, and at least two first unit thermoelectric elements including the first N-type thermoelectric element and the first P-type thermoelectric element are sequentially arranged. thermoelectric module.

In claim 4,
a third N-type thermoelectric element and a third P-type thermoelectric element having the same horizontal length among the plurality of thermoelectric elements;
The first electrode layer includes a second lower electrode layer positioned below the third N-type thermoelectric element and the third P-type thermoelectric element, and the second electrode layer includes the third N-type thermoelectric element and the third P-type thermoelectric element. a second upper electrode layer positioned over the device;
one of the second upper electrode layer and the second lower electrode layer is continuously connected from the third N-type thermoelectric element to the third P-type thermoelectric element, and the other of the second upper electrode layer and the second lower electrode layer is A thermoelectric module spaced apart between the third N-type thermoelectric element and the third P-type thermoelectric element.

In claim 5,
The thermoelectric module includes a first module electrode, a thermoelectric element arrangement, and a second module electrode,
The thermoelectric element arrangement has a structure of a plurality of rows and a plurality of columns,
a second unit thermoelectric element including the third N-type thermoelectric element and the third P-type thermoelectric element is arranged at an end of a row of the thermoelectric element array.

In claim 4,
a fourth N-type thermoelectric element and a fourth P-type thermoelectric element having the same horizontal length and different heights from among the plurality of thermoelectric elements; and
a dummy metal layer positioned to vertically overlap with a thermoelectric element having a lower height among the fourth N-type thermoelectric element and the fourth P-type thermoelectric element;
The first electrode layer includes a second lower electrode layer positioned below the fourth N-type thermoelectric element and the fourth P-type thermoelectric element, and the second electrode layer includes the fourth N-type thermoelectric element and the fourth P-type thermoelectric element. a second upper electrode layer positioned over the device;
and the second upper electrode layer includes a bent portion in a space between the fourth N-type thermoelectric element and the fourth P-type thermoelectric element.

In claim 7,
The thermoelectric module includes a first module electrode, a thermoelectric element arrangement, and a second module electrode,
The thermoelectric element arrangement has a structure of a plurality of rows and a plurality of columns,
a third unit thermoelectric element including the fourth N-type thermoelectric element and the fourth P-type thermoelectric element is arranged at an end of a row of the thermoelectric element array.

In claim 2,
A thermoelectric module in which a plurality of the first P-type thermoelectric elements are formed between the first bending part and the second bending part.

In claim 2,
The first electrode layer includes a second lower electrode layer positioned below the second N-type thermoelectric element, the second electrode layer includes a first upper electrode layer positioned on the first N-type thermoelectric element, and the second bending The thermoelectric module is connected to the first upper electrode layer and adjacent to the second N-type thermoelectric element, and the first bending part is connected to the second lower electrode layer and adjacent to the first N-type thermoelectric element.

a plurality of thermoelectric elements positioned between the heat transfer member and the cooling member;
a first electrode layer and a second electrode layer respectively positioned between the heat transfer member and the plurality of thermoelectric elements and between the cooling member and the plurality of thermoelectric elements;
The plurality of thermoelectric elements includes a P-type thermoelectric element and an N-type thermoelectric element,
The first electrode layer and the second electrode layer each have a first bending portion and a second bending portion bent into a space between two N-type thermoelectric elements adjacent to each other,
The P-type thermoelectric element and the N-type thermoelectric element are positioned opposite to each other with respect to each of the first bending part and the second bending part.

In claim 11,
The plurality of thermoelectric elements includes a first N-type thermoelectric element and a second N-type thermoelectric element that are adjacent to each other, and the first bending part and the second N-type thermoelectric element are disposed between the first N-type thermoelectric element and the second N-type thermoelectric element. 1 A thermoelectric module in which a P-type thermoelectric element and the second bending part are sequentially arranged.

In claim 12,
The first electrode layer includes a second lower electrode layer positioned below the second N-type thermoelectric element, the second electrode layer includes a first upper electrode layer positioned on the first N-type thermoelectric element, and the second bending The thermoelectric module is disposed adjacent to the first N-type thermoelectric element while connected to the first upper electrode layer, and the first bending portion is connected to the second lower electrode layer and adjacent to the second N-type thermoelectric element.

In claim 12,
a third N-type thermoelectric element and a third P-type thermoelectric element having the same horizontal length among the plurality of thermoelectric elements;
The first electrode layer includes a second lower electrode layer positioned below the third N-type thermoelectric element and the third P-type thermoelectric element, and the second electrode layer includes the third N-type thermoelectric element and the third P-type thermoelectric element. a second upper electrode layer positioned over the device;
one of the second upper electrode layer and the second lower electrode layer is continuously connected from the third N-type thermoelectric element to the third P-type thermoelectric element, and the other of the second upper electrode layer and the second lower electrode layer is A thermoelectric module spaced apart between the third N-type thermoelectric element and the third P-type thermoelectric element.

In claim 12,
a fourth N-type thermoelectric element and a fourth P-type thermoelectric element having the same horizontal length and different heights from among the plurality of thermoelectric elements; and
and a dummy metal layer positioned to vertically overlap with a thermoelectric element having a lower height among the fourth N-type thermoelectric element and the fourth P-type thermoelectric element.

In claim 12,
A thermoelectric module in which a plurality of the first P-type thermoelectric elements are formed between the first bending part and the second bending part.

In claim 11,
The P-type thermoelectric element has a shorter horizontal length than the N-type thermoelectric element.