KR200387787Y1 - 열전모듈을 갖는 열전장치 - Google Patents

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KR200387787Y1 KR20-2005-0003326U KR20050003326U KR200387787Y1 KR 200387787 Y1 KR200387787 Y1 KR 200387787Y1 KR 20050003326 U KR20050003326 U KR 20050003326U KR 200387787 Y1 KR200387787 Y1 KR 200387787Y1
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Abstract

개시된 열전모듈을 갖는 열전장치는 적어도 하나이상의 열전소자로 된 열전모듈과 열전모듈로 부터 전달된 열을 외기와 조화시키는 열전달부재 및 열전모듈과 열전달부재를 소결 시켜 상호 결합시키는 에폭시 수지 또는 실리콘 수지의 소결재를 구비한다.

Description

열전모듈을 갖는 열전장치{Thermal Electric Apparatus Having a Thermal electric Module}
본 고안은 열전모듈을 이용한 열전장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 공급전원에 의해 냉각 및 발열의 다른 환경을 조성하는 열전모듈을 금속재질의 열전달부재 사이에 소결시킴으로써 열전도율을 효율적으로 향상시킨 열전모듈을 갖는 열전장치에 관한 것이다.
통상적으로 열전모듈(Thermal Electric Module)이라 함은, 소수의 선진국에서 국방과학의 일환으로 개발되어 제한적으로 사용되어오던 반도체로, 이는 P-N접합체로 구성되어 있는데 이러한 열전모듈은 에너지보존법칙에 의해서 노출된 양면이 일정 온도차이를 유지하고자하는 성질이 있다.
따라서, 상기와 같은 열전모듈에 작동전원을 공급하는 경우 이들 양표면에는 냉각과 발열이라는 서로 다른 환경이 제공되는 것이다.
더욱이 상기의 열전모듈은 인가되는 직류전원의 극성을 변화시켜주는 경우 양측의 환경이 서로 바뀌게 되는 특성을 가지고 있어 전원접속방향에 따라서 모듈의 이동 없이도 냉각 및 발열부의 위치를 바꾸어 줄 수 있는 것이므로 취급에 세심한 주의가 요구된다.
또한, 냉각 및 발열부 사이에 면접촉을 시켜 상기의 열전모듈을 설치할 경우 열전도율에 의해 냉각 및 발열 효율이 결정된다.
도 1a를 참조로 하여 종래의 열전모듈을 열전장치에 설치하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
열전달부재(100)은 냉각부측 열전달부재(110)와 발열부측 열전달부재(120) 로 구성되어, 그 사이에 상기의 열전모듈(200)을 필요한 개수 만큼 설치함에 있어, 열전모듈(200) 상하면에 실리콘 계열의 그리스(111)를 도포하고, 발열부측 열전달부재(120)와 냉각부측 열전달부재(110) 사이를 임의의 개수의 체결볼트(50)를 사용하여 체결함으로써 조립을 완료하게 된다.
도 1b를 참조하면, 상기와 같이 체결이 완료된 열전모듈(200)은 발열부측 열전달부재(120) 및 냉각부측 열전달부재(110) 사이에 전도성재질의 체결볼트(50)로 체결되어 있는 이유로 열전모듈(200) 상하면으로의 냉각 및 발열 효율을 현저하게 감소시키게 된다.
또한, 열전모듈(200)을 통해 냉각 및 발열을 하는 중 열팽창으로 인해 체결볼트(50)가 이완되는 경우 열전모듈(200) 상하면과 발열부측 및 냉각부측 열전달부재(120, 110) 사이에 공간이 발생되어 열전모듈(200)을 통한 열흐름이 원활하게 되지 않기 때문에 상기와 같이 냉각 및 발열 효율이 감소하게 된다.
또한, 도 2를 참조하면, 열전모듈(200)의 특성상 열전모듈(200) 상하면(발열부측과 냉각부측)의 온도차가 적을 수록 동일한 공급전류에 대한 흡열량이 높음을 알 수 있다.
따라서, 상기와 같이 설치된 열전모듈(200)과 발열/냉각부측 열전달부재(120, 110)와의 불균일한 접촉과, 전도성재질의 체결볼트(50)로 체결하는 경우, 열전모듈(200)을 통한 열흐름이 부분적으로 차단되고, 열전모듈(200) 상하면의 온도차가 크게 발생하게 되어 전체적으로 냉방 또는 난방 효율을 떨어뜨리는 문제가 있다.
따라서, 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 창안된 것으로써, 세라믹재질의 열전모듈을 냉각/발열부측 열전달부재에 소결재를 사용하여 소결시켜 접착시키도록 함으로써, 열전모듈 상하면에서의 온도차이를 적게하여 열전도율을 향상되도록 한 열전모듈을 갖는 열전장치를 제공함에 있다.
본 고안의 열전모듈을 갖는 열전장치는 적어도 하나이상의 열전소자로 된 열전모듈과; 상기 열전모듈로 부터 전달된 열을 외기와 조화시키는 열전달부재; 및 상기 열전모듈과 상기 열전달부재를 소결 시켜 상호 결합시키는 소결재를 포함한다.
여기서, 상기 열전모듈은 발열부와 냉각부를 구비하고, 상기 열전달부재는 발열부측 열전달부재와 냉각부측 열전달부재를 포함하며, 상기 소결재는 상기 발열부와 상기 냉각부측 열전달부재를 결합시키는 발열측 소결재와 냉각측 소결재를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 소결재는 외부로 부터 열이 가해지면 응고되는 재질이며, 열전도율이 높고, 에폭시 수지 또는 실리콘 수지 중 어느 하나 인 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 고안의 열전모듈을 갖는 열전장치에 대한 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.
제 3a는 본 고안의 열전모듈을 갖는 열전장치를 보여주는 단면도이며, 도 3b는 도 3a에 도시된 표시부호 B의 확대단면도이다.도 3a 및 3b를 참조하여, 본 고안의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.본 고안의 열전모듈을 갖는 열전장치는 비교적 열전도성이 큰 금속재질로 형성된 발열부측 열전달부재(120) 및 냉각부측 열전달부재(110)로 구성된 열전달부재(100)와, 발열부측 열전달부재(120)와 냉각부측 열전달부재(110) 사이에 개재되어 전압공급장치(미도시)로 부터 사용전압을 인가 받아 대응되는 양면에서 냉각 및 발열의 서로 다른 환경을 제공하는 적어도 하나이상의 열전소자(300)로 된 열전모듈(300)로 구성된다.
삭제
여기서, 열전모듈(300)은 하나이상의 열전소자로 되며, 발열부(330)와 냉각부(340)를 구비한다. 도면부호 330, 340은 확대하여 보면 요철이 있으므로 열전도를 방해할 수 있다.
이때, 발열부측 열전달부재(120)와 냉각부측 열전달부재(110) 사이에 개재되는 상기 열전모듈(300)을 그 상하면에 외부로부터 열을 받으면 응고되는 재질의 소결재(310)를 사용하여 소결시켜 부착한다.
여기서, 소결재(310)는 냉각측 및 발열측 소결재를 포함하며, 에폭시 수지 또는 실리콘 수지 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 소결재(310)는 열전도성이 우수한 재질로 상기 전압공급장치로 부터 사용전압을 인가 받아 열전모듈(300)이 작동할 경우, 열전모듈(300) 상하면으로부터 발열/냉각부측 열전달부재(120, 110)로 열전도율을 좋게 할 수 있다.
삭제
도 2는 각기 다른 열전모듈로의 공급 전류값의 변화에 따른 흡열량의 일예를 도시한 그래프이다.도 2를 참조하여, 상기 바람직한 실시예에서의 열전모듈(300)의 효율을 설명하지면 다음과 같다.
삭제
도 2에 도시된 △T0 는 상기 제 1,2실시예에서 전압이 일정할 경우, 사용전류를 상기의 열전모듈(300)로 공급할 경우의 열전모듈(300) 상하면, 즉 발열/냉각부측 열전달부재(120, 110)측과의 온도차가 0℃인 상태이며, 이때, 공급전류를 6A(암페어)를 공급하였을 경우, △T0 상태의 열전모듈(300)의 흡열량이 50W(와트)일 수 있다.
또한, △T1 은 도 1a에 도시된 바와 같은 종래의 열전달부재(200) 상하면과의 온도차가 60℃인 상태이며, 상기와 같이 공급전류를 6A를 공급하였을 경우, △T0 상태의 흡열량이 20W일 수 있다.
따라서, 같은 양의 전류를 공급하는 경우 열전모듈(300)로 공급하는 경우, 열전모듈(300) 상하면과의 온도차가 적을 수록 흡열량이 많음을 알 수 있다.
그러므로, 상기와 같이 열전모듈(300) 상하면에 소결재(310)를 사용하여 발열부측 열전달부재(120) 및 냉각부측 열전달부재(110)에 소결시켜 설치한 경우, 그 면접촉성이 우수하기 때문에, 즉, 접촉면 사이에 공극이 형성되지 않음으로 열전모듈(300) 상하면의 온도차가 적게 형성되어 높은 흡열량을 갖는다.
하지만, 도 1a에 도시된 바와 같은 열전모듈(200)은 전도성 재질의 체결볼트(50)로 발열부측 열전달부재(120)와 냉각부측 열전달부재(110)가 연결되고, 또한, 체결볼트(50)가 이완되어 열전모듈(200) 상하면이 벌어져 열전모듈(200) 상하면의 온도차가 크게 형성되어 열전도성이 떨어진다.
그러므로, 동일한 전류를 열전모듈(300)에 공급하는 경우, 상기 바람직한 실시예에서와 같이 소결재(310)를 사용하여 소결시켜 열전모듈(300)을 설치함으로써 같은 양의 전류 또는 전압을 공급하더라도 높은 효율의 흡열량을 갖도록 할 수 있는 것이다.
따라서, 본 고안의 열전모듈을 갖는 열전장치에 의하면, 열전모듈을 냉각부측 열전달부재와 발열부측 열전달부재 사이에 열전도성이 높은 소결재를 사용하여 소결시켜 접착시킴으로 별도의 금속재질의 체결수단이 필요없으며, 종래의 전도성 재질의 체결수단으로 인한 열전모듈의 열전도 효율저하를 방지할 수 있다.
따라서, 열전모듈로 사용전압 공급시 열전모듈의 대응되는 양면과의 온도차를 줄일 수 있도록 함으로써 적은 전압으로도 높은 열전효율을 갖도록 함으로써 냉방 또는 난방효율을 극대화 할 수 있다.
도 1a는 종래의 열전모듈을 갖는 열전장치를 보여주는 단면도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 표시부호 A의 확대단면도이다.
도 2는 열전모듈의 성능을 보여주는 그래프이다.
도 3a는 본 고안의 열전모듈을 갖는 열전장치를 보여주는 단면도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 표시부호 B의 확대단면도이다.
** 도면의 주요부분에 대한 부호설명 **
100 : 열전달부재
110 : 냉각부측 열전달부재
120: 발열부측 열전달부재
320 : 열전모듈
310 : 소결재

Claims (4)

  1. 적어도 하나이상의 열전소자로 된 열전모듈;
    상기 열전모듈로 부터 전달된 열을 외기와 조화시키는 열전달부재; 및
    상기 열전모듈과 상기 열전달부재를 소결 시켜 상호 결합시키는 소결재를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전모듈을 갖는 열전장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열전모듈은 발열부와 냉각부를 구비하고, 상기 열전달부재는 발열부측 열전달부재와 냉각부측 열전달부재를 포함하며, 상기 소결재는 상기 발열부측과 상기 냉각부측 열전달부재를 결합시키는 발열측 소결재와 냉각측 소결재를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전모듈을 갖는 열전장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 소결재는 외부로부터 열이 가해지면 응고되는 재질인 것을 특징으로 하는 열전모듈을 갖는 열전장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 소결재는 열전도율이 높으며, 에폭시 수지 또는 실리콘 수지 중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 열전모듈을 갖는 열전장치.
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