KR20130108451A - 열전도 층을 포함한 열전 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저온부(2)와, 고온부(3)와, 상기 저온부와 고온부 사이의 열전 소자들(4)을 적어도 포함하는 열전 모듈(1)에 관한 것이다. 적어도 하나의 열전도 층(5)은 상기 열전 소자들(4)과 상기 저온부(2) 또는 고온부(3) 사이에 배치되고, 상기 열전도 층(5)은 압축될 수 있다. 나아가, 본 발명은 적어도 하나의 열 전도 층(5)을 포함한 열전 모듈(1)을 만들어내는 방법에 관한 것이다.

Description

열전도 층을 포함한 열전 모듈{Thermoelectric Module Comprising a Heat Conducting Layer}

본 발명은 열 전도 층을 포함한 열전 모듈 및 상기 열전 모듈의 제조 방법에 관한 것이다.

차량의 내부 연소 기관으로부터 나온 배기 가스는 열 에너지를 포함하고 있으며, 이때 상기 열 에너지는 열전 발생기에 의해 전기 에너지로 전환될 수 있어서, 예를 들면, 배터리 또는 또 다른 에너지 저장 장치를 충전하고, 그리고/또는 필요한 에너지를 직접 전기 소비 제품에 직접 전달할 수 있다. 이로 인해, 차량은 개선된 에너지 효율을 가지고 동작되고, 에너지가 보다 많이 차량 동작에 이용될 수 있다.

상기와 같은 열전 발생기는 적어도 하나의 열전 모듈을 포함한다. 열전 모듈은, 예를 들면 적어도 2 개의 반도체 소자들(p 형 및 n 형으로 도핑)을 포함하며, 이때 상기 반도체 소자들에는 그의 상부측 및 하부측(고온부 또는 저온부를 향함) 상에 전기 전도성 브릿지 소자들이 번갈아 구비되어 있다. 이러한 2 개의 반도체 소자들은 가장 작은 열전 유닛 또는 열전 소자를 형성한다. 이러한 물질은 열 에너지를 효과적으로 전기 에너지로 전환할 수 있거나(시벡 효과, Seebeck effect), 그 반대로 되는(펠티어 효과, Peltier effect) 타입이다. 온도 구배(temperature gradient)가 반도체 소자들의 양 측면들 상에 설정되는 경우, 전압 전위는 반도체 소자들의 말단들 사이에서 형성된다. 고온부 상의 전하 캐리어(charge carriers)는 고온에 의해 전도대(conduction band)의 크기로 증가하기 위해 자극된다. 전도대의 집중 차로 인하여, 전하 캐리어는 반도체 소자의 저온부로 확산되고, 잠재적인 차이를 일으키게 된다. 열전 모듈에서, 다수의 반도체 소자들은 직렬로 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다. 직렬 반도체 소자들의 생성된 잠재적인 차이가 서로 소거되지 않도록, 서로 다른 주요 전하 캐리어(n 형 및 p 형으로 도핑)를 가진, 번갈아 있는 반도체 소자들은 직접적인 전기 접촉을 항상 일으킨다. 회로는 연결된 전기 부하의 사용으로 닫힐 수 있고, 이로써, 전력은 중단될 수 있다.

반도체 소자들의 영구적인 동작 성능을 확보하기 위해서, 확산 장벽은 전기 전도성 브릿지 소자들과 열전 물질 사이에 규치적으로 배치되고, 전기 브릿지 또는 연결 물질(예를 들면, 납땜)에 함유된 물질이 열전 물질에 확산되지 못하도록 하고, 이로써, 반도체 물질 또는 열전 소자의 기능적인 상실 또는 효율 손실을 방지한다. 열전 모듈들 또는 반도체 소자들 구성은 일반적으로 개별적인 구성요소들의 열전 물질, 확산 장벽, 전기 전도성 브릿지 소자들, 절연 및 가능한 다른 하우징 소자의 조립체에 의해 이루어질 수 있어서, 열전 모듈을 형성할 수 있고, 열전 모듈 상에서 고온 또는 저온 매체는 흐르게 된다. 다양한 개별적인 구성요소들의 조립체는 또한 개별적인 구성요소의 허용 오차에 정확하게 일치하는 것을 필요로 할 수 있고, 고온부로부터 저온부로의 열 전달 및 전기 전도성 브릿지들의 적합한 접촉을 고려할 수 있으며, 그 결과, 열전 물물을 통해 흐르는 전류는 만들어질 수 있다.

상기와 같은 반도체 소자들을 열전 모듈에 배치하기 위해, 관형 열전 모듈의 외부에 접해 있는 하우징 벽들(판형 열전 모듈) 및/또는 지지 튜브들에는 반도체 소자들이 부착되거나, 이들이 배치된 사이에 규칙적으로 제공된다. 이는 특히, 한편으로는 전기 연결부에 관련되고 다른 한편으로는 하우징의 위치에 관련된 반도체 소자들의 정확한 배치를 달성하기 위해, 제조 동안에 규정된 허용 오차 요건을 높게 만들어 낸다. 게다가, 하우징 벽들 또는 지지 튜브들 상의 서로 다른 열 부하의 결과로, 상기 구성요소들의 서로 다른 팽창 작용도 보상되어야 하되, 열전 물질 및 개별적인 구성요소들 간의 연결부들에 도입되는 특히나 높은 응력 없이 보상되어 하는 문제점이 있다.

이를 기반으로 하여, 본 발명의 목적은 종래 기술과 관련된 강조된 문제점을 적어도 부분적으로 해소하는 것에 있다. 특히, 열전 모듈은 서로 다른 열 팽창을 보상할 수 있도록 규정되어야 하거나, 또는 열 팽창에 의해 파괴되지 않거나 열전 모듈 동작이 열 팽창에 의해 제한되지 않아야 한다. 특히, 나아가, 열전 모듈 제조 방법은, 한편으로는 열전 모듈의 동작 동안 일어나는 서로 다른 열 팽창이 고려되고 다른 한편으로는 큰 구성요소의 허용 공차가 보상될 수 있다는 점에서 특히나 경제적으로 실행되도록, 규정되어야 한다.

이러한 목적들은 청구항 1의 특징에 따른 열전 모듈, 및 청구항 8의 트징에 따른 열전 모듈의 제조 방법으로 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 종속 청구항에 규정된다. 특히, 청구항에 개별적으로 나열된 특징은 기술적이고 합리적인 방식으로 필요에 따라 서로 조합될 수 있고, 본 발명의 추가적인 실시예를 나타낼 수 있다. 특히나 도면과 함께 한 설명은 본 발명을 설명하고, 추가적이고 대표적인 실시예를 제공한다.

본 발명에 따른 열전 모듈은 적어도 하나의 저온부, 적어도 하나의 고온부, 및 상기 저온부와 고온부 사이에 배치된 열전 소자들을 포함한다. 적어도 하나의 열전도 층은 열전 소자들과 저온부 사이에 배치되고/배치되거나, 열전 소자들과 고온부 사이에 배치된다. 이로 인해, 제공되는 바와 같이, 열전도 층은 압축될 수 있도록 실행된다.

특히, 열전 모듈은 관형 구조를 하고 있으며, 환형 또는 환형 세그먼트형(annular segment-shaped) 반도체 소자들은 내부 튜브와 외부 튜브 사이에서 축 방향으로 잇따라 배치된다. 바람직하게, 배기 가스는 내부 튜브를 통해 흐르고, 냉각수는 외부 튜브에 걸쳐 흘러 지나가고, 그 결과 열전 모듈의 고온부는 내부 상에 배치되고, 열전 모듈의 저온부는 외부 상에 배치된다. 대안적으로, 관형 열전 모듈은 역 방식으로도 실행될 수 있고, 그 결과 배기 가스는 외부 튜브에 걸쳐 흐른다. 특히, 열전 모듈은 또한 판형 형태를 하여 실행될 수 있고, 그 결과 열전 소자들은 서로 인접하게 평면으로 배치된다. 본원에서 일 측면은 저온부로서 실행되고, 일측면을 마주하여 배치된 타 측면은 고온부로서 실행된다. 다음 내용은 판형 열전 모듈에 적합하게 적용될 수 있고, 본 발명은 관형 열전 모듈들에 대해 특히나 바람직하다.

특히, 열전 모듈은 다음과 같은 방식으로 냉각 매체가 흐르는 저온부로부터 시작하여, 고온부를 향한 방향으로 구성된다: 저온부, 전기 절연부, 전기 전도성 브릿지 소자들, 가능하다면 확산 장벽(diffusion barrier), 열전 물질, 가능하다면 확산 장벽, 전기 전도성 브릿지 소자들, 전기 절연부, 고온부.

이제, 제공되는 바와 같이, 열전도 층은 저온부 또는 고온부를 형성하는 외벽과 전기 전도성 브릿지 소자들 사이에 특히나 적어도 배치되고, 열전 소자들과 저온부 또는 고온부 간의 양호한 열 전달을 가능케 할 뿐 아니라, 나아가 저온부와 전기 전도성 브릿지 소자들 사이, 또는 고온부와 전기 전도성 브릿지 소자들 사이의 전기 절연에 특히나 영향을 미친다.

상기 열전도 층은 특히나 전기 절연부와 함께 사용될 수 있거나, 또는 전기 절연 층을 대신할 수 있다. 열전도 층은 압축 가능한 형태로 실행되는데 이는 다음을 의미한다: 열전도 층은 외부 압력을 가함으로써, (특히 적어도 부분적으로 탄력적으로) 압축될 수 있거나 체적이 줄어들 수 있다. 이러한 압축률은 열적 부하에 의해 야기된 열전 모듈 내의 응력이 열전도 층에 의해 흡수되도록 할 수 있다. 이는, 서로 다른 팽창 구성요소가 특히나 열전도 층으로 확장되거나 동일하게 인접하고, 이들의 팽창이 압축 열전도 층에 의해 보상될 수 있기 때문에 가능하다. 특히, 열전도 층은, 열전도 층의 체적의 감소가 완전하게 복구되도록 실행된다. 이는 열전도 층이 고온부와 열전 소자들 사이, 또는 저온부와 열전 소자들 사이의 영역을 영구적으로 그리고 완전하게 채울 수 있도록 하는데, 심지어 열 응력이 변동될 시에도 그러하다.

열전도 층은 특히나 적어도 0.9 W/Km[Watt/(Kelvin*Meter)], 특히나 적어도 9 W/Km, 그리고 바람직하게는 적어도 50 W/Km의 열 전도율을 가진다(실온, 즉 20 ℃). 바람직하게, 열전도 층은 적어도 1 x 10⁶ Ωm[Ohm*Meter], 특히나 적어도 1 x 10⁸ Ωm, 그리고 바람직하게는 적어도 1 x 10⁹ Ωm의 특정 전기 저항을 가진다.

나아가, 특히 서로 다른 구성요소 허용 오차는 열전도 층에 의해 보상되고, 이는 열전 모듈의 구조적인 설계 중에 참작될 수 있다. 이로써, 허용 오차 요구 사항은 함께 설치된 열전 모듈의 구성요소에 대해 낮을 수 있고, 그 결과 열전 모듈은 전반적으로 제조 비용이 덜 든다.

열전 모듈의 또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 적어도 하나의 열전도 층은 평면 형태로 실행되고 두께를 가진다. 상기 열전도 층은 80 내지 550 ℃의 온도 범위, 특히 80 내지 350 ℃의 온도 범위에서 최대 60 N/cm²표면압으로 적어도 5 Vol.-%만큼 압축될 수 있고, 이로써, 상기 열전도 층의 두께는 감소될 수 있다. 특히, 열전도 층은 최대 60 N/cm²의 표면압에 대해 상술된 온도 범위에서 적어도 10 %만큼 압축될 수 있으며, 바람직하게 최대 25 %도 달성될 수 있다. 특히, (압축되지 않은) 열전도 층의 두께는 50 내지 2000 ㎛[마이크로미터]의 범위, 바람직하게는 50 내지 150 ㎛의 범위에 속하고, 그 결과 얇고 동시에 압축될 수 있는 열전도 층이 제공될 수 있다.

또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 적어도 하나의 열전도 층은 막이다. 상기 막은 특히나 유연하고, 잘 휘어지며, 이에 따라서, 고온부와 열전 소자들 사이 또는 저온부와 열전 소자들 사이에 배치될 수 있다.

열전 모듈의 또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 적어도 하나의 열전도 층은 접착제에 의해 열전 모듈의 외벽 또는 열전 소자들에 적어도 부착될 수 있다. 접착제는, 배기 가스 또는 냉각 매체에 대항하여 고온부 및/또는 저온부 상의 열전 모듈을 밀봉하기에 특히나 적합하다. 이로써, 이 중에서, 열전 소자들이 배치된 열전 모듈의 중간 공간은 배기 가스 및/또는 냉각 매체에 대항하여 기밀식 또는 유밀식(fluid-tightly)으로 밀봉되도록 실행될 수 있다. 특히, 이와 마찬가지로, 접착제는 적어도 0.9 W/Km[Watt/(Kelvin*Meter)], 특히나 적어도 9 W/Km, 그리고 바람직하게는 적어도 50 W/Km의 매우 우수한 열 전도율을 가진다(실온, 즉 20 ℃). 바람직하게, 접착제는 적어도 1 x 10⁶ Ωm [Ohm*Meter], 특히나 적어도 1 x 10⁸ Ωm, 그리고 바람직하게는 적어도 1 x 10⁹ Ωm의 특정 전기 저항을 가진다.

또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 적어도 하나의 열전도 층은 열전도 페이스트를 포함한다. 상기 열전도 페이스트는 풀 형태(pasty)로 되어 있으며, 특히 실온에서 적어도 1 N/m²[Newtons per square meter], 바람직하게는,5 N/m²내지 50 N/m²의 점도를 가진다. 열전도 페이스트 사용은 특히나 추가 전기 절연 층을 필요로 한다. 열전도 층이 막으로 실행되는 경우, 상기 열전도 층은 특정 크기 또는 특정 두께에 맞도록 사용되어야 하는 반면, 열전도 층이 열전도 페이스트로 사용되는 경우에는 상기 열전도 층은 단지 특정 수량으로 정의된다(실온 및 기압, 즉 약 20 ℃ 및 1 bar에서의 체적). 특히, 열전도 페이스트는 다음의 물질을 함유한다: 흑연, 실리콘. 특히, 열전도 페이스트는 실리콘이 없는 형태로 구현된다. 열전도 페이스트는 특히 금속 성분, 예를 들면, 알루미늄을 함유할 수 있다. 금속 성분은 특히나 열전도 페이스트에 파우더 형태로 나타나고, 열전도 페이스트의 높은 열 전도율 및 높은 열 내구성의 효과를 가진다.

또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 적어도 하나의 열전도 층은 실리콘 엘라스토머(silicone elastomer)/실리콘 고무를 포함한다. 이는 특히나 막 또는 열전도 페이스트로서 실행될 수 있다.

바람직하게, 열전도 페이스트는 판형 열전 모듈로 사용된다. 열 전도 막은 추가로 관형 열전 모듈로 사용될 수 있다.

특히나 또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 적어도 하나의 열전도 층은 섬유로 강화된다. 이로 인해 섬유는 특히나 연결되고, 그 결과 열전도 층은 보다 큰 강성 또는 강도 또는 인열 강도(tear strength)를 가진다. 섬유 사용을 통하여, 열전도 층의 압축성 또는 변형성 또한 조정될 수 있다. 특히나 유리 섬유는 섬유로 사용된다. 이들은 특히나 실리콘 고무에 매립된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따라서, 열전 모듈, 특히 본 발명에 따른 열전 모듈의 제조 방법이 제안되고, 상기 제조 방법은 다음 단계를 적어도 포함한다:

a) 내부 튜브를 제공하는 단계,

b) 상기 내부 튜브 상에 열전 소자들을 배치하는 단계,

c) 상기 열전 소자들의 전기 전도성 연결용 전기 전도성 브릿지 소자들을 서로 배치함으로써, 외주 표면과 함께 제 1 관형 장치를 만들어 내는 단계,

d) 상기 외주 표면 상에 압축 열전도 층을 배치하는 단계,

e) 외부 튜브를 배치하는 단계, 및

f) 상기 열전도 층이 압축되도록 상기 외부 튜브를 조정하는 단계.

특히, 외부 튜브의 직경 감소는 외부 튜브의 조정을 통해 이루어지고, 그 결과 (단지) 열전 소자들 간에서 외부 튜브 내에 배치된 열전도 층 및 외부 튜브는 압축된다. 특히, 10 내지 100 N/cm²의 압력이 가해지며, 특히 외부 튜브, 가능하다면 열전 모듈도 400 ℃보다 높지 않은 온도까지 추가로 가열된다.

특히, 외부 튜브의 두께는 상기의 조정으로 감소되고, 그 결과 배치된 열전도 층은 적어도 5 Vol.-%만큼 압축되고, 이로써 그의 두께는 특히나 5 %만큼 감소된다. 특히, 두께 감소 또는 적어도 10 %, 바람직하게는 최대 25 %의 체적 압축이 이루어진다. 열전도 층의 압축을 통해서, 특히나 열전 소자들뿐만 아니라, 다른 구성요소들도 보다 큰 허용 오차, 특히 열전 모듈의 방사 방향에서의 허용 오차로 실행되는 것이 가능한데, 이는 조정으로 인해 일어난 개별적인 구성요소들 상의 최대 응력(stress peaks)이 열전도 층의 배치에 의해 방지되기 때문이다.

열전도 층은 서로 다른 지점에서 서로 다른 강도로 특히나 압축되며, 그 결과 두께 및 압축 가능한 체적에 대하여 상술된 값은 단지 열전도 층의 전체 범위에 대해 평균 값으로 간주될 수 있다. 특히, 개별적인 지점 영역들이 보다 큰 범위 또는 보다 작은 범위로 압축되는 것이 가능하여, 그 결과 열전도 층의 물질은 서로 다른 위치에서 서로 다르게 변위된다. 그러나, 열전도 층의 전체 범위에 대해 열전동 층의 물질의 밀도가 균일한 것이 바람직하고, 그 결과 특히나 거의 일정한 속성은 열전도 층의 전체 범위에 대해 존재한다(열 전도 층 또는 이와 유사한 것의 열 전도 및 전기 절연에 관련됨).

특히, 다음의 중간 단계들은 단계 a) 및 단계 b) 사이에서 일어난다:

i. 절연 층을 내부 튜브에 적용하는 단계,

ii. 열전 소자들의 전기 전도성 연결용 전기 전도성 브릿지 소자들을 서로 배치하는 단계.

방법의 또 다른 바람직한 개선점에 따라서, 추가적인 열전도 층은 내부 튜브와 열전 소자들 사이에 배치된다. 특히, 본원에서 제안되는 바와 같이, 외부 튜브를 사용하여 조정되고, 내부 튜브는 주축(mandrel)에 의해 안정화되며, 그 결과 내부 튜브의 직경 감소는 이러한 경우에 일어나지 않지만, 내부 튜브와 외부 튜브 간의 설치 공간의 압축만이 발생된다. 대안적으로, 조정(예를 들면, 액체 압력 매체 사용)은 그 자체 또는 내부 튜브 상에 추가로 발생될 수 있다.

방법의 또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 단지 외부 튜브는 조정에 의해 유연하게 변형되고, 그 결과 외부 튜브 조정 동안에는 내부 튜브의 직경 변화가 없다.

일반적으로, 주목해야 하는 바와 같이, 열전 소자들은 조정 동안에 손상되지 않는다. 그러나, 특히 환형 세그먼트 형 반도체 소자들에 있어, 조정의 결과로 반도체 소자들의 위치 선정 변위는 용인될 수 있다. 이와 마찬가지로, 반도체 소자들은 적어도 조정 압력의 결과로 소결될 수 있는 것이 바람직하며, 그 결과 내부 튜브와 반도체 소자들 사이에 배치된 열전도 층은 적어도 부분적으로 압축될 수도 있다. 나아가, 예를 들면 바람직한 중단 지점(break points)은 반도체 소자들에 제공될 수 있고, 그 결과 한편으로는 이들이 환형 소자들로 설치되는 것이 바람직하고, 그러나 다른 한편으로는 이들이 원치 않는 다른 응력 균열 발생 없이 조정으로 인해 일어난 위치 선정 변위에 기여할 수 있는 것이 바람직하다.

판형 열전 모듈에 있어, 내부 튜브 상에 또 다른 열 전도 층을 배치시키는 것과 관련된 문제점은 발생되지 않는데, 이 같은 경우에서 이는, 구조적인 설계, 나아가 방법이 "대칭적"으로 실행될 수 있기 때문이다. 그러나, 상술된 내용은 판형 열전 모듈들에 적용될 수 있다.

특히, 제안된 열전 모듈에 의해, 또는 방법에 의해, 고온부 또는 저온부를 열전 소자들에 연결시키는 납땜 물질 사용이 방지된다. 특히, 납땜 없는 장치 또는 열전 모듈 제조에 있어 납땜 없는 방법도 제안되고, 그 결과 외부 튜브의 장치 조립체는 열전 소자들과 외부 튜브 및/또는 내부 튜브 사이에 간접 또는 직접으로 만들어지는 접착 연결 없이 가능하다. "간접"은 예를 들면, 전기 절연 층과 외부 튜브 또는 내부 튜브 사이의, 전기 전도성 브릿지 소자들과 전기 절연 층 사이의 납땜 연결부(solder joint)의 장치를 의미한 바, 열전 소자들 및 저온부 또는 고온부는 납땜 연결부에 의해 서로 직접 연결되지 않는다. "접착"은 원자력 또는 분자력으로 함께 유지되는 구성요소들의 상호 연결을 의미한다. 이는 특히나 비-가역적인 연결부가 아니며, 단지 연결 수단을 파괴시킴으로써 분리될 수 있다.

특히, 열전 모듈은 열전 발생기에 사용될 수 있고, 이때 상기 열전 발생기는 차량의 내부 연소 기관의 배기 가스 시스템에 사용되는 것이 바람직하다.

본 발명은 통하여, 열전 모듈을 제공하거나 제조할 수 있으며, 이로 인해 단지 공급가능하고 실현 가능한 요건은 서로 결합되는 개별적인 구성요소들의 허용 오차에서 이루어져야 한다. 구성요소의 허용 오차는 압축 열전도 층에 의해 열전 모듈의 제조 동안에 이미 보상되었다. 게다가, 동작 동안 열적 부하의 결과로 개별적인 구성요소의 서로 다른 팽창 또한 열전도 층에 의해 보상된다. 나아가, (서로 다른) 열 팽창에 대한 감도는 열전 소자들과 고온부 또는 저온부 사이의 접착 연결부(납땜 연결부)를 사용하지 않음으로써 감소될 수 있으며, 이때 상기 고온부 또는 저온부는 적어도 방사 방향으로 뻣뻣하다(유연하지 않다). 이로써, 압축 열전도 층의 사용은 열전 모듈을 우선적으로 사용 가능케 하고, 이때 상기 열전 모듈은 장 기간 동안 번갈아 일어나는 열 부하(alternating thermal loads)에 대해 저항성을 가지되, 제공되는 열 응력을 보상하기 위한 복잡한 구조 측정물 없이 가진다.

특히, 분명하게 나타나는 바와 같이, 열전 모듈 또는 차량과 관련하여 기술된 특징은 방법 또는 판형 열전 모듈, 또는 그 반대로도 사용될 수 있다.

본 발명 및 기술 분야는 도면에 기초하여 이하에 상세하게 기재될 것이다. 특히, 도면은 바람직한 실시예를 나타내고 있지만, 본 발명이 이들 실시예로만 제한하지는 않는다. 그러나, 도면에서, 동일 구성요소는 동일 참조 번호로 제공된다. 도면은 개략적으로 나타내고 도면에서:
도 1은 열전도 층을 구비한 열전 모듈을 도시하고
도 2는 제조 방법의 a) 단계를 도시하고,
도 3은 제조 방법의 b) 단계를 도시하고,
도 4는 제조 방법의 c) 단계를 도시하고,
도 5는 제조 방법의 d) 단계를 도시하고,
도 6은 제조 방법의 e) 단계를 도시하고,
도 7은 제조 방법의 f) 단계를 도시하며, 그리고
도 8은 배기 가스 처리 장치를 구비한 차량을 도시한다.

도 1은 판형 열전 모듈(plate-shaped thermoelectric module)(1)을 도시하고, 열전 소자들(4)은 평면으로 서로 인접하게 위치하도록 저온부(cold side)(2)와 고온부(hot side)(3) 사이에 배치된다. 열전 소자들(4) 각각은 적어도 하나의 반도체 소자, 즉, n-형 및 p-형으로 도핑된 반도체 소자에 의해 형성되고, 전기 전도성 브릿지 소자들(13)에 의해 서로 교대로 연결된다. 여기에서 7로 제시된 압축 열전도 층(compressible heat conducting layer)(5)은 전기 전도성 브릿지 소자들(13)과 저온부(2) 사이에 구비된다. 나아가, 접착제(8)는 열전도 층(5)과 저온부(2) 사이에 배치되고, 그 결과 열전도 층(5) 및 저온부(2)는 서로 접착되어 연결된다. 이로써, 열전도 층(5)은 접착제(8)에 의해 열전 모듈(1)의 외벽(9)에 적어도 접착된다. 열전도 층(5)의 섹션에 도시된 바와 같이, 상기 열전도 층은 섬유들(11)을 포함한다.

도 2는 열전 모듈(1)의 제조 방법 중 a) 단계를 도시하며, 이때 내부 튜브(12)는 축 방향(19)의 중앙 축(17)을 따라 연장되어 제공된다.

다음 도면에서 단지 열전 모듈(1)의 개별적인 구성요소들만을 도시하였는데, 예를 들면, 열전 소자들(4)의 내부 측면 상의 전기 전도성 브릿지 소자들(13)의 배치가 기술 분야의 통상의 기술자에게 있어 명확한 것이기 때문에, 이에 따라 생략한다.

도 3은 열전 모듈의 제조 방법 중 b) 단계를 도시하며, 환형 열전 소자들(4)은 내부 튜브(12) 상에 축 방향(19)에서 잇따라(one after the other) 배치된다. 열전 소자들(4) 각각은 n 형 및 p 형으로 도핑된 반도체 소자로 형성되고, 서로 인접하게 (다른 형상으로) 배치된다.

도 4는 열전 모듈의 제조 방법 중 c) 단계를 도시하며, 교대로 배치된 n-형 및 p-형으로 도핑된 반도체 소자들은 열전 소자들(4)을 형성하기 위해 전기 전도성 방식으로 서로 연결되고, 그 결과 전류 경로는 열전 모듈을 통하여 만들어질 수 있다. 외주 표면(outer circumferential surface)(15)은 전기 전도성 브릿지 소자들(13)로 형성된다. 조립체(14)는 방법 중 c) 단계에 의해 형성된다.

도 5는 열전 모듈의 제조 방법 중 d) 단계를 도시하며, 압축 열전도 층(5)은 전기 전도성 브릿지 소자들(13)로 적어도 형성된 조립체(14)의 외주 표면(15) 상에 배치된다. 열전도 층(5)은 열전도 페이스트(heat conducting paste)(10)로서 여기에 적용된다.

도 6은 열전 모듈의 제조 방법 중 e) 단계를 도시하며, 외부 튜브(16)는 열전도 층(5) 상에 밀려 들어가고, 그 결과 열전도 층(5)은 외부 튜브(16)와 열전 소자들(4) 사이에 배치된다. 열전도 층(5)은 (여전하게) 압축되지 않은 두께(6)를 가진다.

도 7은 열전 모듈의 제조 방법 중 f) 단계를 도시하며, 외부 튜브(16)는 압력(18)을 사용하여 조정되고, 그 결과 열전도 층(5)은 압축되고 두께(6)는 이에 대응되게 감소된다. 이로써, 저온부(2) 및 고온부(3)의 열 전도 접착으로 인해 갭 없이 연결되되, 내부 튜브(12), 열전 소자들(4), 열전도 층(5) 및 외부 튜브(16)의 방사 방향(24)으로 적어도 연결된다. 본원에서 열전 소자들(4)과 내부 튜브(12) 사이에서 제시된 방사 갭(radial gap)은 열전 모듈에 의해 충전되고, 예를 들면, 전기 절연 및 전기 전도성 브릿지 소자들에 의해 충전된다. 마찬가지로, 열전 소자들(4) 간에서 도시된 축 방향(19)의 갭은 특히나 전기 절연체 및 단열체에 의해 충전된다.

도 8은 내부 연소 기관(21) 및 배기 가스 처리 장치(22)를 가진 차량(20)을 도시한다. 배기 가스 처리 장치(22)는 복수의 열전 모듈들(1)로도 공급되는 배기 가스가 통과하여 흐르도록 한다(throughflow). 열전 모듈들(1)에 걸친 잠재 온도(temperature potential)를 형성하기 위해, 이들은 냉각 장치(23)의 냉각 매체를 동시에 받으며, 이때 냉각 장치(23)는 내부 연소 기관(21)을 냉각하기 위해 제공될 수도 있다.

1 열전 모듈 2 저온부
3 고온부 4 열전 소자
5 열전도 층 6 두께
7 막 8 접착제
9 벽 10 열전도 페이스트
11 섬유 12 내부 튜브
13 브릿지 소자 14 조립체
15 외주 표면 16 외부 튜브
17 중앙 축 18 압력
19 축 방향 20 차량
21 내부 연소 기관 22 배기 가스 처리 장치
23 냉각 장치 24 방사 방향

Claims (10)

1. 저온부(2)와, 고온부(3)와, 상기 저온부와 고온부 사이의 열전 소자들(4)을 적어도 포함하는 열전 모듈(1)에 있어서,
   적어도 하나의 열전도 층(5)은 상기 열전 소자들(4)과 상기 저온부(2) 또는 고온부(3) 사이에 적어도 배치되며,
   상기 열전도 층(5)은 압축될 수 있는 열전 모듈(1).
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 적어도 하나의 열전도 층(5)은 평면 형태를 하고, 두께(6)를 가지며, 80 내지 550 ℃의 온도 범위에서 최대 60 Newton/cm²표면압으로 적어도 5 Vol.-%만큼 압축될 수 있고, 이로써, 상기 열전도 층의 두께(6)는 감소될 수 있는 열전 모듈(1).
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 적어도 하나의 열전도 층(5)은 막(7)인 열전 모듈(1).
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 열전도 층(5)은 접착제(8)에 의해 상기 열전 모듈(1)의 외벽(9) 또는 열전 소자들(4)에 적어도 부착되는 열전 모듈(1).
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 열전도 층(5)은 열전도 페이스트(10)를 포함하는 열전 모듈(1).
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 열전도 층(5)은 실리콘 엘라스토머를 포함하는 열전 모듈(1).
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 열전도 층(5)은 섬유들(11)로 강화되는 열전 모듈(1).
8. 열전 모듈(1)을 제조하는 방법에 있어서,
   a) 내부 튜브(12)를 제공하는 단계,
   b) 상기 내부 튜브(12) 상에 열전 소자들(4)을 배치하는 단계,
   c) 상기 열전 소자들(4)의 전기 전도성 연결용 전기 전도성 브릿지 소자들(13)을 서로 배치함으로써, 외주 표면(15)과 함께 제 1 관형 조립체(14)를 만들어 내는 단계,
   d) 상기 외주 표면(15) 상에 압축 열전도 층(5)을 배치하는 단계,
   e) 외부 튜브(16)를 배치하는 단계, 및
   f) 상기 열전도 층(5)이 압축되도록 상기 외부 튜브(16)를 조정하는 단계를 적어도 포함하는 열전 모듈 제조 방법.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 열전도 층(5)은 상기 내부 튜브(12)와 상기 열전 소자들(4) 사이에 추가로 배치되는 열전 모듈 제조 방법.
10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 외부 튜브(16)만 상기 조정하는 단계에 의해 유연하게 변형되는 열전 모듈 제조 방법.

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