KR20160049832A - 열전 모듈 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열전 모듈 구조에 관한 것으로서, 특히 소정 간격을 두고 배열되는 복수의 N타입 팰렛(101)과; 상기 복수의 N타입 팰렛(101) 사이에 배열되는 복수의 P타입 팰렛(102)과; 상기 N타입 팰렛(101)과 상기 P타입 팰렛(102)이 삽입되는 실리콘(100)과; 상기 N타입 팰렛(101)과 상기 P타입 팰렛(102)을 연결하는 전극소재(110) 또는 금속전극(120)으로 구성되어, 다양한 표면 형상의 실리콘(100)에 열전발전 모듈을 적용하여 내구성을 향상시키고, 곡면부를 플렉서블하게 하여 유연성을 높임으로 인해 제조 공정이 용이하며, 실리콘(100)에 타공을 통해 팰렛을 삽입시켜 진동에 대한 내구 특성을 높이는데 효과가 있도록 하는 것이다.

Description

열전 모듈 구조{Thermoelectric module structure}
본 발명은 열전 모듈 구조에 관한 것으로서, 특히 다양한 표면 형상의 실리콘에 열전발전 모듈을 적용하기 위한 열전 모듈 구조에 관한 것이다.
일반적으로 전자 기기 및 모바일 기기의 사용량이 증가함에 따라 휴대용 전기 제너레이터 영역의 연구 개발이 활발해지고 있는데, 열전소자(Thermoelectric Generator)도 그러한 에너지 하베스터 중 한 가지로 알려져 있다.
이때, 열전소자는 전형적으로 열(Heat) 소스, 열 싱크 및 열전대열(Thermopile)을 포함하는 세 부분으로 구성된다. 여기서, 열전대열은 직렬로 연결된 복수의 열전대들(Thermocouples)로 구성되고, 열에너지의 일부를 전기 에너지로 변환하는 데 이용된다. 즉, 열전소자는 열전대열의 열전대들을 가로지르는 열 구배에 기초하여 전기 파워를 생성한다.
자세하게는, 열전소자는 "핫(Hot)" 측면 또는 접합을 통하여 열 에너지를 받아들이고, 열 에너지를 열전대열로 통과시켜 "콜드(Cold)" 측면 또는 접합을 통하여 방출함으로써, 열 에너지를 전기 파워로 변환하도록 작동한다.
또한, 열전소자들은 반도체 물질을 이용하여 형성된다. 반도체 물질들은 열전대를 형성하기 위해 전기적으로는 직렬로 연결되고 열적으로는 병렬로 연결되어, 두 접합을 형성한다. 반도체 물질들은 전형적으로 N형 및 P형이 있는데, 전형적인 열전 디바이스에서 P형 및 N형 팰렛 물질 사이에 전기적 도전성 연결이 형성되고, 캐리어들은 열 확산의 결과로 핫 접합에서 콜드 접합으로 이동되어 전류를 유도한다.
그러나, 종래에는 일정 부피와 형상을 가진 N형 또는 P형 팰렛을 전극 디자인에 따라 배치하여 모듈을 형성하게 되는데, hot side와 cold side 부분에 닿는 면, 모듈의 보호면, 전극이 접합된 면에 하드 소재의 세라믹 기판을 사용함으로 인해 진동이 있는 곳에 모듈 부착 시 하드한 전극, 기판, 열전소재의 접합력이 감소하고 이로 인해 열전소재가 탈착하여 모듈이 작동하지 못하게 되는 문제점이 있었다.
특허 1 : 대한민국 공개특허 10-1152222
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 열전 모듈 구조에 관한 것으로서, 특히 다양한 표면 형상의 실리콘에 열전발전 모듈을 적용하기 위한 것을 목적으로 한다.
이러한 본 발명은 소정 간격을 두고 배열되는 복수의 N타입 팰렛과; 상기 복수의 N타입 팰렛 사이에 배열되는 복수의 P타입 팰렛과; 상기 N타입 팰렛과 상기 P타입 팰렛이 삽입되는 실리콘과; 상기 N타입 팰렛과 상기 P타입 팰렛을 연결하는 전극소재;를 포함함으로써 달성된다.
상기 실리콘에는 상기 N타입 팰렛 및 상기 P타입 팰렛이 삽입될 수 있도록 타공이 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 N타입 팰렛과 상기 P타입 팰렛은 상기 타공의 모양에 따라 다양한 형상으로 구비되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 전극소재는 CVD, 플라즈마, 스크린 코팅 처리되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 소정 간격을 두고 배열되는 복수의 N타입 팰렛과; 상기 복수의 N타입 팰렛 사이에 배열되는 복수의 P타입 팰렛과; 상기 N타입 팰렛과 상기 P타입 팰렛이 삽입되는 실리콘과; 상기 N타입 팰렛과 상기 P타입 팰렛을 연결하는 금속전극;을 포함되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 실리콘에는 상기 N타입 팰렛과 상기 P타입 팰렛 사이에 홈이 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 홈은 상기 실리콘에서 상기 금속전극의 비형성구간에 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명은 다양한 표면 형상의 실리콘에 열전발전 모듈을 적용하여 내구성을 향상시키고, 곡면부를 플렉서블하게 하여 유연성을 높임으로 인해 제조 공정이 용이하며, 실리콘에 타공을 통해 팰렛을 삽입시켜 진동에 대한 내구 특성을 높이는데 효과가 있는 발명인 것이다.
도 1은 본 발명의 열전 모듈 구조를 도시하는 도면,
도 2 및 도 3은 본 발명의 열전 모듈 구조의 다른 실시예를 도시하는 도면,
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 열전 모듈 구조는 도 1에 도시된 바와 같이, 소정 간격을 두고 각각 배열되는 N타입 팰렛(101) 및 P타입 팰렛(102)과, N타입 팰렛(101) 및 P타입 팰렛(102)이 삽입되는 실리콘(100)과, N타입 팰렛(101) 및 P타입 팰렛(102)을 연결하는 전극소재(110)를 포함한다.
N타입 팰렛(101)은 복수 개 구비되어 소정 간격을 두고 배열된다.
P타입 팰렛(102)도 복수 개 구비되어 복수의 N타입 팰렛(101)들 사이에 배열된다.
이때, N타입 팰렛(101)과 P타입 팰렛(102)은 반도체 물질로서 전형적인 열전 디바이스에서 P형 및 N형 팰렛 물질 사이에 전기적 도전성 연결이 형성되고, 캐리어들은 열 확산의 결과로 핫 접합에서 콜드 접합으로 이동되어 전류를 유도한다.
실리콘(100)은 N타입 팰렛(101)과 P타입 팰렛(102)이 삽입되는 기판으로, 길게 형성되어 복수의 N타입 팰렛(101)과 P타입 팰렛(102)이 장착될 수 있게 한다.
전극소재(110)는 N타입 팰렛(101)과 P타입 팰렛(102)을 연결한다.
이때, 실리콘(100)에는 N타입 팰렛(101) 및 P타입 팰렛(102)이 삽입될 수 있도록 타공(미도시)이 형성되도록 하여 실리콘(100)에 N타입 팰렛(101) 및 P타입 팰렛(102) 장착이 용이하게 하는 것이 바람직하다.
한편, 실리콘(100)에 형성된 타공(미도시)은 다양한 형상으로 구비될 수 있게 하며, 타공(미도시)에 삽입되는 N타입 팰렛(101)과 P타입 팰렛(102)도 타공의 모양에 따라 원기둥, 사각기둥, 다각기둥 등과 같이 다양한 형상으로 구비되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 전극소재(110)는 CVD(chemical vapour deposition), 플라즈마, 스크린 코팅 처리가 되도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 열전 모듈 구조의 다른 실시예는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 소정 간격을 두고 각각 배열되는 N타입 팰렛(101) 및 P타입 팰렛(102)과, N타입 팰렛(101) 및 P타입 팰렛(102)이 삽입되는 실리콘(100)과, N타입 팰렛(101) 및 P타입 팰렛(102)을 연결하는 금속전극(120)을 포함한다.
N타입 팰렛(101)은 복수 개 구비되어 소정 간격을 두고 배열된다.
P타입 팰렛(102)도 복수 개 구비되어 복수의 N타입 팰렛(101)들 사이에 배열된다.
이때, N타입 팰렛(101)과 P타입 팰렛(102)은 반도체 물질로서 전형적인 열전 디바이스에서 P형 및 N형 팰렛 물질 사이에 전기적 도전성 연결이 형성되고, 캐리어들은 열 확산의 결과로 핫 접합에서 콜드 접합으로 이동되어 전류를 유도한다.
실리콘(100)은 N타입 팰렛(101)과 P타입 팰렛(102)이 삽입되는 기판으로, 길게 형성되어 복수의 N타입 팰렛(101)과 P타입 팰렛(102)이 장착될 수 있게 한다.
이때, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 실리콘(100)은 N타입 팰렛(101)과 P타입 팰렛(102)에 대비해 작게 형성될 수도 있게 한다.
즉, 본원발명은 실리콘(100)의 높이를 팰렛을 중심으로 조절할 수 있게 하여 금속전극(120)을 부착함으로써 중고온(250~350도) 영역에서도 사용이 가능하게 한다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이 실리콘(100)에는 N타입 팰렛(101)과 P타입 팰렛(102) 사이에 홈(103)이 형성되도록 하여 본 발명인 열전 모듈 구조의 곡면부 유연성을 향상시킬 수 있게 하는 것이 바람직하다.
여기서, 홈(103)은 실리콘(100)에서 금속전극(120)이 구비되지 않은 비형성구간에 형성되도록 하여 곡면부 유연성 확보가 가능하게 한다.
이처럼, 본 발명은 소정 간격을 두고 배열되는 복수의 N타입 팰렛(101)과; 상기 복수의 N타입 팰렛(101) 사이에 배열되는 복수의 P타입 팰렛(102)과, N타입 팰렛(101)과 P타입 팰렛(102)이 삽입되는 실리콘(100)과; N타입 팰렛(101)과 P타입 팰렛(102)을 연결하는 전극소재(110) 또는 금속전극(120)으로 구성되어 다양한 표면 형상의 실리콘(100)에 열전발전 모듈을 적용하여 내구성을 향상시키고, 곡면부를 플렉서블하게 하여 유연성을 높임으로 인해 제조 공정이 용이하며, 실리콘(100)에 타공(미도시)을 통해 팰렛을 삽입시켜 진동에 대한 내구 특성을 높이도록 한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100 : 실리콘 101 : N타입 팰렛
102 : P타입 팰렛 103 : 홈
110 : 전극소재 120 : 금속전극

Claims (7)

  1. 소정 간격을 두고 배열되는 복수의 N타입 팰렛과;
    상기 복수의 N타입 팰렛 사이에 배열되는 복수의 P타입 팰렛과;
    상기 N타입 팰렛과 상기 P타입 팰렛이 삽입되는 실리콘과;
    상기 N타입 팰렛과 상기 P타입 팰렛을 연결하는 전극소재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 모듈 구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 실리콘에는 상기 N타입 팰렛 및 상기 P타입 팰렛이 삽입될 수 있도록 타공이 형성되는 것을 특징으로 하는 열전 모듈 구조.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 N타입 팰렛과 상기 P타입 팰렛은 상기 타공의 모양에 따라 다양한 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 열전 모듈 구조.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극소재는 CVD, 플라즈마, 스크린 코팅 처리되는 것을 특징으로 하는 열전 모듈 구조.
  5. 소정 간격을 두고 배열되는 복수의 N타입 팰렛과;
    상기 복수의 N타입 팰렛 사이에 배열되는 복수의 P타입 팰렛과;
    상기 N타입 팰렛과 상기 P타입 팰렛이 삽입되는 실리콘과;
    상기 N타입 팰렛과 상기 P타입 팰렛을 연결하는 금속전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전 모듈 구조.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 실리콘에는 상기 N타입 팰렛과 상기 P타입 팰렛 사이에 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 열전 모듈 구조.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 홈은 상기 실리콘에서 상기 금속전극의 비형성구간에 형성되는 것을 특징으로 하는 열전 모듈 구조.
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