KR20100008076U - 열전소자 조립체 - Google Patents

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KR20100008076U
KR20100008076U KR2020090001244U KR20090001244U KR20100008076U KR 20100008076 U KR20100008076 U KR 20100008076U KR 2020090001244 U KR2020090001244 U KR 2020090001244U KR 20090001244 U KR20090001244 U KR 20090001244U KR 20100008076 U KR20100008076 U KR 20100008076U
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유영실
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Abstract

본 고안은 열전소자 조립체에 관한 것으로, 그 목적은 열전소자와 히트싱크 그리고 전열패드를 이용하여 열전소자 조립체를 구성함에 있어서, 자석을 이용하여 히트싱크와 전열패드를 결속하여 조립 및 유지/보수의 편의성을 제공할 수 있는 열전소자 조립체를 제공함에 있다. 이를 위한 본 고안은 열전소자와, 상기 열전소자의 발열측 면에 배치되는 히트싱크와, 상기 열전소자의 흡열측 면에 배치되는 전열패드를 구비하는 열전소자 조립체에 있어서, 상기 히트싱크와 전열패드가 열전소자를 사이에 두고 자력에 의해 상호 결속되게 하는 결속수단을 구비하는 열전소자 조립체에 관한 것을 기술적 요지로 한다.
열전소자, 히트싱크, 전열패드, 자석, 간격 조정판

Description

열전소자 조립체{A assembly of a thermoelectric element}
본 고안은 열전소자 조립체에 관한 것으로, 특히 열전소자의 상부와 하부에 각각 배치되는 히트싱크와 전열패드가 자력에 의해 상호 결속되게 함으로써, 열전소자 조립체의 조립 및 유지/보수가 용이하고, 열전소자에 불규칙한 압력이 작용하여 열전소자가 손상되는 것을 방지할 수 있도록 한 열전소자 조립체에 관한 것이다.
일반적으로 열전소자는 이종의 금속을 결합시키거나 n형과 p형 반도체를 상호 접합시킨 것으로 구성되며, 직류전원의 인가에 의하여 어느 한쪽 측면에서는 흡열반응이 일어나고, 다른 한쪽 측면에서는 발열반응이 일어나는 구성을 가지고 있다.
이러한 열전소자는 국소부위 및 광범위한 범위까지 냉각과 가열이 가능하고, 또 기존의 냉각 및 가열방식에서 탈피하여 친환경적인 작동방식을 가지고 있어 가전제품이나 산업기기 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.
한편 열전소자의 경우 발열반응으로 인해 발생되는 열을 얼마나 효과적으로 방출하는지에 따라 흡열반응 측의 냉각성능이 결정되므로, 발열반응이 일어나는 측 면에는 히트싱트 및 냉각팬을 설치하여 발생되는 열을 효과적으로 외부로 방출하도록 하고, 흡열반응이 일어나는 다른 측면에는 전열패드를 설치하여 열을 효과적으로 흡수하도록 하고 있다.
도 1은 종래 열전소자 조립체의 정면도를 도시하고 있다.
종래 열전소자 조립체는 열전소자(10)와, 상기 열전소자의 발열측 면에 배치된 배치된 히트싱크(20)와, 상기 열전소자의 흡열측 면에 배치된 전열패드(30)로 구성되어 있다. 이러한 구성을 갖는 종래의 열전소자 조립체는 히트싱크(20)와 전열패드(30)의 사이에 열전소자(10)를 배치한 상태에서 히트싱트(20)와 전열패드(30)를 관통하도록 다수개의 볼트(40)를 체결함으로써 조립이 이루어지게 된다.
한편, 상기 볼트(40)를 통하여 열이 이동하는 것을 최소화하기 위하여 히트싱크(20)와 전열패드(30)의 사이에 충분한 간격을 형성하고, 길이가 긴 볼트(40)를 이용하여 히트싱크(20)와 전열패드(30)를 결속하게 된다.
그러나 이러한 구조는 열전소자 조립체의 부피를 증가시키는 문제점이 갖고 있으며, 또 가열 및 냉각작용에 의하여 볼트가 팽창과 수축을 반복하면서 쉽게 변형되는 문제점을 갖고 있다.
또한, 열전소자는 깨지기 쉬운 성질을 갖고 있으므로 볼트(40) 체결시 적정한 조임토크를 가하여야만 하므로 조립이 용이하지 못한 것은 물론이고, 볼트 간의 조임토크가 균일하지 못할 경우, 열전소자의 양측 압력 불균형으로 인해 열전소자가 파손되거나 또는 히트싱크 및 전열패드와 완전하게 면접촉을 하지 못하여 열전달이 효과적으로 이루어지는 못하는 문제점을 가지고 있다.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 고안의 목적 은 열전소자와 히트싱크 그리고 전열패드를 이용하여 열전소자 조립체를 구성함에 있어서, 자석을 이용하여 히트싱크와 전열패드를 결속하여 조립 및 유지/보수의 편의성을 제공할 수 있는 열전소자 조립체를 제공함에 있다.
또한, 히트싱크와 전열패드가 전체적으로 균일한 압력으로 열전소자와 면접촉이 가능해짐으로써, 압력 불균형에 의한 열전소자의 파손을 방지하고, 열전소자와 히트싱크 및 전열패드 간의 전열효과를 높일 수 있는 열전소자 조립체를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 고안의 열전소자 조립체는 열전소자와, 상기 열전소자의 발열측 면에 배치되는 히트싱크와, 상기 열전소자의 흡열측 면에 배치되는 전열패드를 구비하는 열전소자 조립체에 있어서, 상기 히트싱크와 전열패드가 열전소자를 사이에 두고 자력에 의해 상호 결속되게 하는 결속수단이 구비된 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 결속수단은 히트싱크에 설치된 다수개의 제1 자석들; 및 상기 제1 자석들과 자력에 의해 부착되도록 전열패드에 설치되는 다수개의 제2 자석들로 구성된다.
또한, 상기 열전소자는 제1 열전소자와, 상기 제1 열전소자의 측면에서 제1 열전소자와 이격되게 배치된 제2 열전소자로 구성되며, 상기 제1 열전소자와 제2 열전소자의 사이에 상기 제1 자석과 제2 자석이 위치하도록 설치되어 히트싱크와 전열패드를 결속하도록 구성된다.
또한, 상기 제1 자석들과 제2 자석들은 상호 이격된 채로 자력에 의해 근접상태를 유지하여 히트싱크와 전열패드를 결속하도록 구성된다.
또한, 상기 제1 자석과 제2 자석 중 어느 하나의 자석은 고정되게 설치되고, 나머지 하나의 자석은 이동 가능하게 설치되어 제1 자석과 제2 자석의 사이간격을 조절가능하게 구성된다.
또한, 상기 제1 자석과 제2 자석의 사이로 삽입되어 제1 자석과 제2 자석의 설치시 제1 자석과 제2 자석의 사이간격을 조절하여 밀착력을 조절할 수 있게 하는 간격 조정판을 더 구비하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 히트싱크와 열전소자 그리고 전열패드와 열전소자가 정위치에서 결합되는 것을 유도하고, 히트싱크와 전열패드가 자력에 의해 결속된 후 측방향으로 이동하는 것을 방지하기 위한 결속돌기가 히트싱크와 전열패드에 각각 구비된다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 고안에 의하면, 히트싱크와 전열패드가 자력에 의해 상호 결속되어 열전소자 조립체를 구성하게 되므로, 열전소자 조립체의 조립 및 유지/보수가 용이하게 되었다.
또한 열전소자를 사이에 두고 자력에 의해 상호 결합된 히트싱크와 전열패드 는 일정한 적정 압력으로 열전소자와 밀착되므로, 압력 불균형에 의한 열전소자의 파손을 예방할 수 있게 되었고, 열전소자와 히트싱크 및 전열패드 간의 전열효과를 높일 수 있게 되었다.
이하, 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 열전소자 조립체의 분해사시도를, 도 3은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 열전소자 조립체의 사시도를, 도 4는 도 3에 도시된 열전소자 조립체의 정면도를, 도 5는 도 3에 도시된 열전소자 조립체의 측면도를 도시하고 있다.
본 고안에 따른 열전소자 조립체는 열전소자(110)와 히트싱크(120) 및 전열패드(130)를 이용하여 열전소자 조립체를 구성함에 있어서, 히트싱크(120)와 전열패드(130)가 자력에 의해 상호 결속되게 함으로써 조립 및 유지/보수의 편의성을 제공하는 것과 함께 히트싱크(120) 및 전열패드(130)가 자력에 의해 균일한 압력으로 열전소자(110)와 밀착될 수 있도록 한 것으로, 열전소자(110)와, 히트싱크(120)와, 전열패드(130)와, 결속수단(140)으로 구성되어 있다.
상기 열전소자(110)는 직류전원의 인가시 한쪽면에서는 발열반응이 일어나고 다른쪽 면에서는 흡열반응이 일어나도록 구성된 것으로, 이러한 열전소자는 여러 산업분야에서 널리 사용되고 있는 주지 관용된 기술이므로 원리에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
한편, 본 고안의 열전소자(110)는 제1 열전소자(111)와, 상기 제1 열전소자(111)의 측면에서 제1 열전소자(111)와 이격되게 배치된 제2 열전소자(112)로 구성되어 있다.
상기 히트싱크(120)는 열전소자(110)의 발열측 면에 밀착되게 배치되어 열전소자(110)로부터 발생되는 열을 외부로 방출하는 것이다. 이러한 히트싱크(120)는 제1 열전소자(111) 및 제2 열전소자(112)의 발열측 면과 동시에 밀착될 수 있도록 충분히 긴 길이로 형성된다.
상기 전열패드(130)는 열전소자(110)의 흡열측 면에 밀착되게 배치되어 열의 흡수를 돕는 것이다. 이러한 전열패드(130) 또한 제1 열전소자(111) 및 제2 열전소자(112)의 흡열측 면과 동시에 밀착될 수 있도록 충분히 긴 길이로 형성된다.
상기 결속수단(140)은 자력을 이용하여 히트싱크(120)와 전열패드(130)를 결속하는 것으로, 히트싱크(120)에 설치되는 다수개의 제1 자석(141)들과, 전열패드(130)에 설치되는 다수개의 제2 자석(142)들로 구성되어 있다.
한편 상기 제1 자석(141) 및 제2 자석(142)은 제1,2 열전소자(111,112)를 사이에 두고 배치된 히트싱크(120)와 전열패드(130)의 결속을 위한 자력을 제공하도록 제1,2 열전소자(111,112)의 주변에 배치되며, 바람직하게는 제1 열전소자(111)와 제2 열전소자(112)의 사이에 위치하도록 설치된다. 이러한 구조에 의하면, 제1 열전소자(111) 및 제2 열전소자(112)가 히트싱크(120)와 전열패드(130)의 양측에서 히트싱크(120)와 전열패드(130)가 일정한 사이간격을 유지할 수 있도록 지지한 상태에서 제1 자석(141)과 제2 자석(142)이 부착되므로, 히트싱크(120)와 전열패드(130)에 구비된 제1 자석(141)들과 제2 자석(142)들 중 일부의 제1,2 자석(141,142)이 먼저 부착될 경우에도 히트싱크(120)나 전열패드(130)가 한쪽 방향으로 기울어지는 것을 방지할 수 있게 된다.
한편 본 고안의 실시예에 따르면, 제1 자석(141)과 제2 자석(142)은 각각 2개의 자석으로 구성되며, 제1 자석(141)은 열전소자(110)의 발열측 면과 마주하는 히트싱크(120)의 저면에서 상호 이격된 구조로 설치되고, 제2 자석(142)은 열전소자(110)의 흡열측 면과 마주하는 전열패드(130)의 상면에서 상호 이격된 구조로 설치된다.
상기와 같은 제1 자석(141)과 제2 자석(142)은 상호 마주하여 히트싱크(120)와 전열패드(130)의 결속을 위한 자력을 발생할 수 있도록 서로 다른 극성이 마주하도록 배치된다. 즉, 제1 자석(141)의 N극이 제2 자석(142)에 근접하게 설치된 경우, 제2 자석(142)은 S극이 제1 자석(141)에 근접하도록 설치된다. 이러한 제1 자석(141)과 제2 자석(142)은 볼트(151,152)에 의하여 히트싱크(120)와 전열패드(130)에 각각 고정된다.
한편 상기 제1 자석(141)과 제2 자석(142)은 자력에 의해 상호 부착되어 히트싱크(120)와 전열패드(130)를 결속할 수도 있으나, 제1 자석(141)과 제2 자석(142)이 직접적으로 부착될 경우, 제1,2 자석(141,142)을 통하여 열이 전달되는 문제가 발생되므로, 이를 방지하기 위하여 제1 자석(141)과 제2 자석(142)은 일정한 간격을 두고 이격된 상태에서 자력에 의하여 상호 결속되는 것이 바람직하다.
도 6은 본 고안의 제1 자석과 제2 자석이 설치된 상태를 나타낸 단면도를 도시하고 있다.
상기와 같이 상호 이격되게 설치되는 제1 자석(141)과 제2 자석(142) 중 어느 하나의 자석을 이동가능하게 구성하여 두 자석의 사이간격을 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 상기 제1 자석(141)은 볼트(151)에 의하여 히트싱크(120)의 저면에 고정되고, 상기 제2 자석(142)은 제1 자석(141)의 사이간격 조절이 가능하도록 전열패드(130)에 이동 가능하게 설치된다. 물론 이와 반대로 제2 자석(142)이 전열패드(130)에 고정되고, 제1 자석(141)이 히트싱크(120)에 이동 가능하게 설치될 수도 있다.
한편, 상기 제2 자석(142)을 전열패드(130)에 이동 가능하게 설치하기 위하여, 전열패드(130)에 관통홀(131)을 형성하고, 상기 관통홀(131)을 통해 볼트(152)를 삽입하여 제2 자석(142)과 체결하되, 제2 자석(142)과 전열패드(130)의 사이에 빈공간(A)이 형성되도록 함으로써 제2 자석(142)을 이동 가능한 구조로 설치하게 된다.
상기와 같은 제1,2 자석(141,142) 구조에 의하면, 제2 자석(142)과 체결된 볼트(152) 또는 제2 자석(142)을 회전시킴으로써 제2 자석(142)의 위치 이동이 가능하게 되며, 작업자 또는 사용자는 제1,2 자석(141,142)의 사이간격을 조절하여 제1 자석(141)과 제2 자석(142)의 밀착력을 조절하게 된다.
상기와 같이 상호 이격된 제1 자석(141)과 제2 자석(142)의 사이간격을 적정하게 조절함으로써 열전소자(110)에 가해지는 압력을 적정하게 유지시킬 수 있다. 이처럼 제1,2 자석(141,142)의 간격을 적정하게 조절하기 위하여 간격 조정판(160)이 사용되며, 이러한 간격 조정판(160)의 두께는 실험에 의해서 결정된다.
도 7은 본 고안의 간격 조정판이 설치된 상태를 나타낸 단면도를 도시하고 있다.
상기 간격 조정판(160)은 일정한 두께를 갖는 평판형의 비자성체 부재로써, 제1 자석(141)과 제2 자석(142)의 설치시 제1,2 자석(141,142)의 사이에 삽입되어 제1 자석(141)과 제2 자석(142)의 사이간격을 조절하기 위한 기준값을 제공하게 된다. 다시 말해 작업자 또는 사용자가 제1 자석(141)과 제2 자석(142)의 사이간격을 일정하게 맞추고자 할 경우, 간격 조정판(160)을 제1,2 자석(141,142)의 사이에 삽입한 상태에서 제2 자석(142)과 체결된 볼트(152) 또는 제2 자석(142)을 회전시켜 제2 자석(142)이 간격 조정판(160)에 밀착되게 한다. 이러한 상태가 되면 제1 자석(141)과 제2 자석(142)은 간격 조정판(160)의 두께에 해당 하는 사이간격을 갖게 된다. 한편 간격 유지판(160)이 제거된 후, 두 자석(141,142)의 자력은 정해진 밀착력을 발휘하게 되는데, 간극이 작으면 밀착력이 더욱 세며, 간극이 크면 밀착력이 작아지게 된다.
상기와 같은 간격 조정판(160)은 열전소자 조립체를 장비에 조립할 경우, 제1,2 자석(141,142)의 사이로부터 제거되며, 이때 제1 자석(141)과 제2 자석(142)은 자력에 의하여 근접한 상태를 유지하게 된다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 고안의 열전소자 조립체에서 히트싱크(120)와 전열패드(130)의 안정적인 결속을 위하여 히트싱크(120)와 전열패드(130)에 결속돌기(121,132:도 2에 도시됨)가 구비되는 것이 바람직하다.
앞서 설명된 바와 같이 히트싱크(120)와 전열패드(130)는 자력에 의해 상호 결속되므로, 측방향에서 하중이 작용할 경우 히트싱크(120)와 전열패드(130)의 결 속이 쉽게 와해될 수 있다. 따라서 히트싱크(120)와 전열패드(130)가 측방향으로 이동하는 것을 구속하기 위한 결속돌기(121,132)가 히트싱크(120)의 저면과 전열패드(130)의 상면에 각각 구비된다.
한편, 상기 결속돌기(121,132)는 히트싱크(120)의 저면과 전열패드(130)의 상면으로부터 돌출되게 형성되되, 열전소자(110)의 둘레를 감싸는 구조를 갖도록 형성됨으로써, 열전소자(110)가 설치될 장소를 명확하게 구분함과 더불어 히트싱크(120)나 전열패드(130)가 측방향으로 이동하는 것을 방지하게 된다.
한편 상기 히트싱크(120)와 전열패드(130)의 사이에는 열전달을 최소화하기 위한 단열재(170:도 4에 도시됨)가 설치된다.
상기와 같은 구성을 갖는 열전소자 조립체는 열전소자(110)를 사이에 두고 배치된 히트싱크(120)와 전열패드(130)가 볼트에 의하여 직접적으로 결속되지 않고, 제1,2 자석(141,142)의 자력에 의해 결속되므로 제작이 용이하게 되었고, 히트싱크(120) 및 전열패드(130)가 자력에 의하여 열전소자(110)에 밀착되므로 열전소자(110)에 가해지는 압력을 전체적으로 균일화할 수 있는 이점을 가지고 있다.
본 고안은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1 은 종래 열전소자 조립체의 정면도,
도 2 는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 열전소자 조립체의 분해사시도,
도 3 은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 열전소자 조립체의 사시도,
도 4 는 도 3에 도시된 열전소자 조립체의 정면도,
도 5 는 도 3에 도시된 열전소자 조립체의 측면도,
도 6 은 본 고안의 제1 자석과 제2 자석이 설치된 상태를 나타낸 단면도,
도 7 은 본 고안의 간격 조정판이 설치된 상태를 나타낸 단면도,
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(110) : 열전소자 (111) : 제1 열전소자
(112) : 제2 열전소자 (120) : 히트싱크
(121) : 결속돌기 (130) : 전열패드
(132) : 결속돌기 (140) : 결속수단
(141) : 제1 자석 (142) : 제2 자석
(160) : 간격 조정판

Claims (7)

  1. 열전소자(110)와, 상기 열전소자(110)의 발열측 면에 배치되는 히트싱크(120)와, 상기 열전소자(110)의 흡열측 면에 배치되는 전열패드(130)를 구비하는 열전소자 조립체에 있어서,
    상기 히트싱크(120)와 전열패드(130)가 열전소자(110)를 사이에 두고 자력에 의해 상호 결속되게 하는 결속수단(140)이 구비된 것을 특징으로 하는 열전소자 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 결속수단(140)은,
    상기 히트싱크(120)에 설치된 다수개의 제1 자석(141)들; 및
    상기 제1 자석(141)들과 자력에 의해 조립되도록 전열패드(130)에 설치되는 다수개의 제2 자석(142)들로 구성된 것을 특징으로 하는 열전소자 조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 열전소자(110)는 제1 열전소자(111)와, 상기 제1 열전소자(111)의 측면에서 제1 열전소자(111)와 이격되게 배치된 제2 열전소자(112)로 구성되며,
    상기 제1 열전소자(111)와 제2 열전소자(112)의 사이에 상기 제1 자석(141)과 제2 자석(142)이 위치하도록 설치되어 히트싱크(120)와 전열패드(130)를 결속하는 것을 특징으로 하는 열전소자 조립체.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 자석(141)들과 제2 자석(142)들은 상호 이격된 채로 자력에 의해 근접상태를 유지하여 히트싱크(120)와 전열패드(130)를 자력에 의하여 결속하는 것을 특징으로 하는 열전소자 조립체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 자석(141)과 제2 자석(142) 중 어느 하나의 자석은 고정되게 설치되고, 나머지 하나의 자석은 이동 가능하게 설치되어 제1 자석(141)과 제2 자석(142)의 사이간격을 조절가능하게 구성하므로써 두 자석(141,142)의 간극을 조절하여 밀착력을 조절할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 열전소자 조립체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 자석(141)과 제2 자석(142)의 사이로 삽입되어 제1 자석(141)과 제2 자석(142)의 사이간격을 적정하게 맞출 수 있도록 하는 간격 조정판(160)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열전소자 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 히트싱크(120)와 열전소자(110) 그리고 전열패드(130)와 열전소자(110)가 정위치에서 결합되는 것을 유도하고, 히트싱크(120)와 전열패드(130)가 자력에 의해 결속된 후 측방향으로 이동하는 것을 방지하기 위한 결속돌기(121,132)가 히트싱크(120)와 전열패드(130)에 각각 구비된 것을 특징으로 하는 열전소자 조립체.
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