KR20150039135A

KR20150039135A - 열전모듈

Info

Publication number: KR20150039135A
Application number: KR20150017074A
Authority: KR
Inventors: 전병옥
Original assignee: 실버레이 주식회사
Priority date: 2015-02-02
Filing date: 2015-02-02
Publication date: 2015-04-09
Also published as: KR101607049B1

Abstract

본 발명은 열전모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 가요성 및 신축성을 갖는 재질로 형성된 피설치부에 간편하게 설치할 수 있는 열전모듈에 관한 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 열전모듈은, 열전모듈에 있어서, 열전소자; 상기 열전소자의 일면 및 타면에 구비되는 한 쌍의 기판; 및 상기 열전소자 및 상기 기판측을 구속하여, 피설치부에 설치되도록 하는 모듈설치부재를 포함하고, 상기 모듈설치부재는 상기 양 기판 사이에 끼워지도록 중공부가 형성되고 신축성과 단열성을 갖는 재질로 형성된 안착링과; 상기 안착링의 일측 또는 양측에 연장, 형성되어 피설치부측에 고정되는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 열전모듈에 의하면, 열전모듈을 종래와 같이 볼트 등을 체결하는 방식으로 피설치부에 설치하는 것이 아니라 모듈설치부재를 피설치부에 연결하거나 박음질하는 형태로 설치할 수 있으므로, 가요성 및 신축성을 갖는 재질로 형성된 피설치부에 용이하게 설치할 수 있는 장점을 갖는다. 특히, 활동성이 요구되는 의복에 열전모듈을 용이하게 설치할 수 있어서 스마트 의류를 발전과 실용화를 더욱 앞당길 수 있다.

Description

열전모듈 {THERMAL ELECTRIC APPARATUS}

본 발명은 열전모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 가요성 및 신축성을 갖는 재질로 형성된 피설치부에 간편하게 설치할 수 있는 열전모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 냉각장치는 냉매사이클를 순환하는 냉매가스를 이용한 방식이 주로 사용되었으나, 냉매가스(CFC)는 오존의 파괴에 따른 환경문제를 초래하고, 냉각메커니즘 또한 복잡하고 부피가 크기 때문에, 최근에는 소형 냉장고나 냉각장치로서 열전모듈을 널리 이용하고 있다. 그리고, 열전모듈은 일면에는 냉기가 발산되고 타면에는 열기가 발산되므로 냉각용 외에도 다양한 발열장치로도 이용되고 있다.

열전모듈은 열전소자, 이 열전소자에 연결되는 전극, 및 전극의 상,하측에 접합되는 기판으로 구성되어 있다.

열전소자는 물질 a와 b의 접합회로에 전지를 연결하여 직류를 흘려주면 한쪽의 접합부에서는 열을 흡수하고 다른 쪽의 접합부에서는 열을 발생하는 펠티어(Peltier) 효과를 이용한 소자로서, 주로 펠티어 효과가 뛰어난 Bi-Te계 열전재료 형성된 P형 반도체와 N형 반도체로 구성된다.

그리고, 열전모듈은 그 설치시에 접착방식 또는 결합방식에 의해 피설치부에 고정하게 되는데, 접착방식은 전도성 폴리머 접착제를 피설치부와 세라믹기판 사이에 주입하여 부착한다. 그리고, 결합방식은 별도의 브라켓을 제작하여 열전모듈을 삽입한 후, 이 브라켓을 나사못 등을 이용하여 피설치부에 결합하거나, 피설치부에 별도의 설치홈을 형성한 후 삽입하는 방식을 주로 사용하고 있다.

하지만, 섬유, 가죽, 등과 같은 소재는 나사못을 체결하거나 설치홈을 형성할 수 없으므로 열전모듈을 설치하기가 어렵고, 설사, 열전모듈을 설치한다고 하더라도 피설치부와의 고정강도가 취약하고 요동이 발생되는 등의 문제점을 수반하게 된다.

그리고, 결합방식은 피설치부에 열전모듈이 견고하게 고정되는 방식이므로 가요성을 갖는 섬유 등에 결합할 경우 신축성을 확보할 수 없다는 단점을 갖고 있다.

특히, 최근에는 사회가 고도화 및 첨단화 되면서 외부 조건에 따라 의복 자체가 스스로 발열하거나, 냉기를 발산하도록 냉온 기능을 갖는 스마트 의류가 제안되어 있다. 이러한 스마트 의류에 열전모듈을 적용하게 되면 냉온 기능을 갖으면서도 의복을 더욱 가볍고 활동적으로 제조할 수 있지만, 섬유의 표면에 쉽게 설치할 수 없으므로 스마트 의류 분야의 발전에 장애요인으로 작용하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 착안한 것으로, 가요성 및 신축성을 갖는 재질로 형성된 피설치부에 간편하게 설치할 수 있을 뿐만 아니라, 설치된 상태에서 신축성을 확보할 수 있고 고정강도를 증가시킬 수 있도록 한 열전모듈을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 열전모듈은, 열전모듈에 있어서, 열전소자; 상기 열전소자의 일면 및 타면에 구비되는 한 쌍의 기판; 및 상기 열전소자 및 상기 기판측을 구속하여, 피설치부에 설치되도록 하는 모듈설치부재를 포함하고, 상기 모듈설치부재는 상기 양 기판 사이에 끼워지도록 중공부가 형성되고 신축성과 단열성을 갖는 재질로 형성된 안착링과; 상기 안착링의 일측 또는 양측에 연장, 형성되어 피설치부측에 고정되는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 모듈설치부재는 피설치부에 설치된 벨크로 화스너와 착탈 가능하게 접속되도록 대응하는 형태의 벨크로 화스너가 구성될 수 있다.

이때, 상기 벨크로 화스너에 형성되는 결착용 고리 또는 갈고리는 도전선으로 구성되어, 대응하는 피설치부의 상기 벨크로 화스너의 결착용 갈고리 또는 고리에 걸림되면서 전원의 통전이 가능하도록 구성될 수 있다.

상기 모듈설치부재는 피설치부에 착탈 가능하게 접속되는 영구자석이 구성될 수 있다.

아울러, 상기 기판 또는 상기 모듈설치부재에는 방열부재가 구성될 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 열전모듈에 의하면, 열전모듈을 종래와 같이 볼트 등을 체결하는 방식으로 피설치부에 설치하는 것이 아니라 모듈설치부재를 피설치부에 연결하거나 박음질하는 형태로 설치할 수 있으므로, 가요성 및 신축성을 갖는 재질로 형성된 피설치부에 용이하게 설치할 수 있는 장점을 갖는다. 특히, 활동성이 요구되는 의복에 열전모듈을 용이하게 설치할 수 있어서 스마트 의류를 발전과 실용화를 더욱 앞당길 수 있다.

그리고, 발열측 기판과 냉각측 기판 사이의 열전도를 차단하여 열전효율을 향상시킬 수 있고, 수분이나 이물질의 유입을 차단하여 내구성과 안전성을 향상시킬 수 있다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전모듈을 나타내는 분리사시도,
도2a 및 도2b는 도1의 요부 확대도,
도3a 내지 도3d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전모듈의 제 1변형예들을 나타내는 도면,
도4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전모듈의 제2 변형예를 나타내는 분리사시도,
도5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전모듈의 제3 변형예를 나타내는 사시도,
도6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전모듈을 나타내는 분리사시도,
도7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 열전모듈을 나타내는 분리사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도1 내지 도7에 의거하여 상세히 설명하고, 도1 내지 도7에 있어서 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조번호를 부여한다. 한편 각 도면에서 일반적인 기술로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다.

첨부도면 도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전모듈을 나타내는 분리사시도, 도2a 및 도2b는 도1의 요부 확대도이다.

도1에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전모듈은 직류전류가 통전되면 펠티어(Peltier) 효과에 따라 일측 접합부에서 열을 흡수하고 타측 접합부에서 열을 발산하는 열전소자(10)와, 열전소자(10)의 일면 및 타면에 구비되는 한 쌍의 기판(20,20')과, 열전소자(10) 및/또는 기판(20,20')측을 구속하여 전체 열전모듈을 피설치부(미도시; 열전모듈이 설치되는 물품)에 설치되도록 하는 모듈설치부재(30)를 구비한다.

기판(20,20')은 세라믹 재질로 구성된 것이 널리 이용되고 있지만, 열전소자(10)로부터 방출되는 열기 또는 냉기를 용이하게 전달할 수 있는 소재라면 다양한 재질에 의해 구성될 수 있다. 특히, 신축성이 요구되는 물품이나 장치에 설치되는 경우에는 열전도성을 갖는 고분자 시트로 구성될 수 있다.

상기 모듈설치부재(30)는, 도1에 도시된 바와 같이 열전소자(10)를 포함하는 기판(20,20')이 삽입, 설치되는 고정본체(31)와, 이 고정본체(31)에 연장, 형성되어 피설치부측에 고정되는 연결부(32)를 구비한다.

고정본체(31)는 신축성을 갖는 몸체(31a)에 열전소자를 포함하는 기판이 삽입되어 끼워지도록 형성된 끼움공(31b), 양 기판(20) 사이에 끼워지도록 끼움공(31b)의 내부에 돌출되고 단열성을 갖는 재질로 형성된 안착돌부(31c), 및 양 기판(20)으로부터 발산되는 열기 및 냉기가 방출되도록 천공된 개구부(31d)가 형성되어 있다.

연결부(32)는 피설치부의 움직임에 대응하여 신축될 수 있도록 신축성을 갖는 재질로 형성된 것이 바람직하다. 예컨대, 연결부(32)는 신축성 실리콘수지(silicone resin)로 형성되거나, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레트탈레이트 또는 이들의 공중합체로 구성될 수 있다.

그리고, 고정본체(31)와 연결부(32)를 사출방식으로 형성하는 경우, 고정본체(31)의 몸체(31a) 부분과 연결부(32)는 동일 재질로 형성되지만 단열성이 요구되는 안착돌부(31c)는 서로 재질로 형성되므로 안착돌부(31c)를 먼저 성형한 후 고정본체(31)의 몸체(31a) 부분과 연결부(32)를 성형하는 2중 성형방식으로 구성할 수 있다.

한편, 연결부(32)에는 피설치부와의 연결을 위한 연결수단을 구비할 수 있다. 이 연결수단은 도1에 도시된 바와 같이 피설치부에 접속되는 연결선(미도시;신축성 섬유사 등과 같이 연결할 수 있는 선형부재)을 꿰매어 고정할 수 있는 걸림공(32a)으로 형성하거나, 도2a에 도시된 바와 같이 연결선을 삽입하여 고정할 수 있는 걸림고리(32b)로 형성할 수 있다.

모듈설치부재(30)는 열전소자(10)에 접속된 리드선(11)의 인출을 위해 도1에 도시된 바와 같이 고정본체(31)에 인출홀(31e)이 형성되거나, 도2b에 도시된 바와 같이 고정본체(31)로부터 연결부(32)측을 향하여 인출터널(32c) 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 전술한 인출홀이나 인출터널은 고정본체(31) 외에도 연결부(32)에 형성될 수 있다.

그리고, 상기 모듈설치부재(30)에는 양 기판(20,20')으로부터 발산되는 열기 및 냉기의 온도를 측정하기 위한 온도센서(34)를 구비할 수 있다. 온도센서(34)는 모듈설치부재(30)에 매입하는 방식 또는 부착하는 방식으로 설치될 수 있다.

한편, 전술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전모듈의 작용을 간략하게 설명한다. 먼저, 모듈설치부재(30)의 끼움공(31b)을 벌려서 그 내부에 열전소자(10)를 포함하는 기판(20,20')을 삽입하게 되면 발열측 기판(20')과 냉각측 기판(20) 사이의 요입된 열전소자(10) 부분에 안착돌부(31c)가 위치된 형태로 장착된다. 이와 같은 상태에서 전원의 공급으로 열전소자가 작동되면 안착돌부(31c)의 단열 특성으로 인해 상하로 열전달(발열측 기판의 열기가 냉각측 기판으로 전달되거나 냉각측 기판의 냉기가 발열측 기판으로 전달되는 현상)을 차단하게 되므로 열전효율이 향상되고, 수분이나 이물질의 유입이 차단되므로 내구성과 안전성을 향상되는 효과를 기대할 수 있다.

그리고, 연결부(32)에 형성된 형성된 걸림공(32a)이나 걸림고리(32b)에 연결선을 삽입하여 피설치부에 연결하거나 꿰맬 수 있으므로, 스마트 의류와 같이 신축성과 활동성이 요구되는 의복에 열전모듈을 용이하게 설치할 수 있게 된다.

도3a 내지 도3d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전모듈의 제 1변형예들을 나타내는 도면으로서, 보다 구체적으로는 발열측 기판(20) 또는 냉각측 기판(20')에 접설되어 외부와의 열교환 효율을 향상되도록 하는 방열부재의 다양한 예들을 나타낸 것이다.

도3a를 참조하면, 모듈설치부재(30)는 고정본체(31)의 일측 개구부(31d)에 방열부재(40)가 구성되어 있다. 이 방열부재(40)는 끼움공(31b)에 수용된 기판(20)의 이탈을 방지하는 동시에 기판(20)으로부터 발산되는 열기를 방출하는 냉각핀의 기능을 수행한다.

방열부재(40)는 면상 구조 또는 입체 구조로 구성될 수 있다. 예컨대, 면상 구조의 방열부재로는 도3a에 도시된 바와 같이 방열 특성이 뛰어난 미세선을 격자무늬망(41)로 형성하거나, 도3b에 도시된 바와 같이 다수의 미세 발열돌기가 돌출된 열전도성 면상체(42)로 형성될 수 있다. 이때, 미세 발열돌기는 수 나노미터(nm) 내지 100 마이크로미터(㎛) 범위 정도의 직경 및 높이를 갖도록 형성할 수 있지만, 단위 면적당 방열 면적이 최대화되도록 가능한 작은 치수로 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 입체 구조의 방열부재는 도3c에 도시된 바와 같이 방열 특성이 뛰어난 다수의 미세선을 그물망 형태로 엮어 육면체(43)로 구성하거나, 도3d에 도시된 바와 같이 열전도성 육면체(44)의 저면에 열전도성 면상체(45)가 결합한 구조로 형성할 수 있다.

아울러, 전술한 방열부재들은 모듈설치부재(30)에 구성되는 것으로 설명하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 발열측 기판(20) 또는 냉각측 기판(20)에 직접 결합되는 구조로 형성될 수 있다.

첨부도면, 도4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전모듈의 제2 변형예를 나타내는 분리사시도이다.

도4을 참조하면, 모듈설치부재(30)는 피설치부에 설치된 벨크로 화스너(90)에 착탈되는 벨크로 화스너(50,일명, 매직 테이프, 찍찍이)가 구성되어 있다.

벨크로 화스너(50)는 모듈설치부재(30)에 일측이 고정되고, 타측이 피설치부에 설치되는 것으로, 피설치부에 암 벨크로 화스너(다수의 결착용 고리가 형성된 벨크로 화스너)가 구비된 경우 모듈설치부재(30)에는 수 벨크로 화스너(다수의 결착용 갈고리가 형성된 벨크로 화스너)로 구성되고, 피설치부에 수 벨크로 화스너(다수의 결착용 갈고리가 형성된 벨크로 화스너)가 구비된 경우 모듈설치부재(30)에는 암 벨크로 화스너(다수의 결착용 고리가 형성된 벨크로 화스너)로 구성된다.

그리고, 벨크로 화스너(50)에는 열전소자(10)에 전원을 공급할 수 있도록 리드선(미도시)을 구비한다. 이때, 리드선은 별도의 도전선을 벨크로 화스너 몸체에 매설하는 형태로도 구성할 수 있지만, 본 실시예에서는 벨크로 화스너(50,90)에 구비되는 결착용 고리나 갈고리를 도전선에 의해 형성함으로써, 대응하는 피설치부의 벨크로 화스너(90)의 갈고리나 고리에 걸림될 경우 전원이 통전되도록 구성한다.

첨부도면, 도5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전모듈의 제3 변형예를 나타내는 사시도이다.

도5를 참조하면, 열전모듈은 열전소자(10), 열전소자(10)의 양측에 구비되는 한 쌍의 기판(20,20'), 및 열전모듈을 피설치부에 설치되도록 하는 모듈설치부재(30)를 구비하되, 모듈설치부재(30)에 영구자석(60)이 결합되어 있다.

이때, 피설치부에는 영구자석(60)의 부착을 위한 자성체(미도시)를 구비하여 착탈 가능하도록 구성한다.

도6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전모듈을 나타내는 분리사시도로서, 제1 실시예와 유사한 부분에 대하여는 동일부호를 부여하여 설명한다.

도6를 참조하면, 열전모듈은 열전소자(10), 열전소자(10)의 양측에 구비되는 한 쌍의 기판(20), 및 열전모듈을 피설치부에 설치되도록 하는 모듈설치부재(70)를 구비하되, 모듈설치부재(70)는 양 기판(20) 사이에 끼워지도록 중공부가 형성된 안착링(71)과, 이 안착링(71)의 일측 또는 양측에 연장, 형성되어 피설치부측에 고정되는 연결부(72)를 구비한다. 연결부(72)에는 연결선을 삽입을 위한 걸림공(72a)이 형성되어 있다.

안착링(71)은 냉각측 기판(20')과 발열측 기판(20) 사이에 끼워져 열의 흐름을 차단할 수 있도록 단열성을 갖는 소재로 형성된다. 아울러, 안착링(71)은 단열성은 물론이고 양 기판(20) 사이의 틈새 부위에 용이하게 끼워질 수 있도록 신축성을 갖는 소재로 형성되는 것이 바람직하다. 예컨대, 안착링(71)은 섬유로서 내열성이 뛰어난 케블러(Kevlar)를 엮어서 형성하거나, 폴리우레탄, 염화비닐 등과 같은 유기질 단열재에 의해 형성할 수 있다.

그리고, 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전모듈은 구체적으로 설명하지는 않았으나, 전술한 제1 실시예의 변형예에 나타난 방열부재, 벨크로 화스너, 및 영구자석을 추가로 구성할 수 있을 것이다.

첨부도면, 도7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 열전모듈을 나타내는 분리사시도이다.

도7을 참조하면, 제3 실시예에 따른 열전모듈은 열전소자(10), 열전소자(10)의 양측에 구비되는 한 쌍의 기판(20,20')을 구비하고, 열전모듈을 피설치부에 연결 고정할 수 있도록 양 기판(20,20') 사이에 적어도 하나의 연결홀(21)이 관통, 형성되어 있다.

그리고, 연결홀(21)에는 발열측 및 냉각측 기판(20,20') 사이의 열전도를 방지할 수 있도록 단열성 재질로 형성된 단열튜브(80)를 압입하여 설치한다.

제3 실시예에 따른 열전모듈은 단열튜브(80)의 중심홀로 연결사를 삽입하여 바느질을 하는 형태로 피설치부에 고정할 수 있다. 그리고, 단열튜브(80)는 단열성 재질로 형성되어 있으므로 발열측 및 냉각측 기판(20,20') 사이의 열전도를 차단하여 열전효율을 향상시키고 이물질의 유입을 차단하는 기능을 수행할 수 있다.

한편, 상기 기판(20,20')은 열전모듈을 활동성이 요구되는 스마트 의류 등에 설치할 경우 활동성을 확보할 수 있도록 가요성을 갖는 열전도성 고분자 시트로 구성할 수 있다.

예컨대, 상기 기판(20,20')은 실리콘수지(silicone resin)에 열전도성 물질을 포함하도록 성형한 패드로 구성할 수 있다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열전모듈을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

10:열전소자 20,20':기판
21:연결홀 30,70:모듈설치부재
31:고정본체 32,72:연결부
40:방열부재 50,90:벨크로 화스너
60:영구좌석 71:안착링
80:단열튜브

Claims

열전모듈에 있어서,
열전소자; 상기 열전소자의 일면 및 타면에 구비되는 한 쌍의 기판; 및 상기 열전소자 및 상기 기판측을 구속하여, 피설치부에 설치되도록 하는 모듈설치부재를 포함하고,
상기 모듈설치부재는,
상기 양 기판 사이에 끼워지도록 중공부가 형성되고 신축성과 단열성을 갖는 재질로 형성된 안착링과;
상기 안착링의 일측 또는 양측에 연장, 형성되어 피설치부측에 고정되는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전모듈.
제1항에 있어서,
상기 모듈설치부재는 피설치부에 설치된 벨크로 화스너와 착탈 가능하게 접속되도록 대응하는 형태의 벨크로 화스너가 구성된 것을 특징으로 하는 열전모듈.
제2항에 있어서,
상기 벨크로 화스너에 형성되는 결착용 고리 또는 갈고리는 도전선으로 구성되어, 대응하는 피설치부의 상기 벨크로 화스너의 결착용 갈고리 또는 고리에 걸림되면서 전원의 통전이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 열전모듈.
제1항에 있어서,
상기 모듈설치부재는 피설치부에 착탈 가능하게 접속되는 영구자석이 구성된 것을 특징으로 하는 열전모듈.
제1항에 있어서,
상기 기판 또는 상기 모듈설치부재에는 방열부재가 구성된 것을 특징으로 하는 열전모듈.