KR20160063003A - 열전 장치 - Google Patents

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KR20160063003A
KR20160063003A KR1020140166443A KR20140166443A KR20160063003A KR 20160063003 A KR20160063003 A KR 20160063003A KR 1020140166443 A KR1020140166443 A KR 1020140166443A KR 20140166443 A KR20140166443 A KR 20140166443A KR 20160063003 A KR20160063003 A KR 20160063003A
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KR
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medium
heat exchanger
heat
thermoelectric
thermoelectric element
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KR1020140166443A
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홍우람
이은경
최병룡
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삼성전자주식회사
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Abstract

열 공급부, 상기 열 공급부의 일면에 위치하는 열전 소자, 그리고 상기 열전 소자의 일면에 위치하는 열 교환기를 포함하고, 상기 열 교환기의 적어도 어느 일면은 제1 매질인 대기와 접촉하여 위치하고 대기 이외의 유체를 포함하는 제2 매질에 대하여 흡착성을 가지는 매질 흡착부를 가지는 열전 장치에 관한 것이다.

Description

열전 장치 {THERMOELECTRIC DEVICE}
열전 장치에 관한 것이다.
열전 장치란 열전 변환을 이용하여 자연계, 기계 빌딩 등의 인공물에 존재하는 온도의 차이를 이용하여 기전력을 발생시키는 현상인 제백 효과(Seebeck effect)를 이용하는 장치이다. 열전 변환(Thermoelectric conversion)이란 열에너지와 전기에너지 사이의 에너지 변환을 의미한다. 열전 재료의 양단에 온도 차이가 있을 때 전기가 발생하고, 반대로 열전 재료에 전류를 흘려주면 그 양단 사이에 온도 구배가 발생한다.
제백 효과(Seebeck effect)를 이용하면, 컴퓨터나 자동차 엔진 등에서 발생한 열을 전기에너지로 변환할 수 있고, 펠티에 효과(Peltier effect)를 이용하면, 냉매가 필요 없는 각종 냉각 시스템을 구현할 수 있다. 신에너지 개발, 폐에너지 회수, 환경보호 등에 대한 관심이 고조되면서, 열전 장치에 대한 관심도 높아지고 있다.
한편, 최근 들어 스마트폰, 태블릿 PC, PDA(Personal Digital Assistants)와 같은 다양한 휴대용 전자기기의 사용이 증가함에 따라, 이러한 휴대용 전자기기의 휴대성을 증가시키면서 휴대용 전자기기에 간편하게 에너지를 공급할 수 있는 기술이 요구된다.
일 구현예는 열 교환기에 매질을 효율적으로 공급함으로써 열전 소자에 형성되는 온도 차를 극대화하여 열전효율을 높이려는 것이다.
일 구현예에 따르면, 열 공급부, 상기 열 공급부의 일면에 위치하는 열전 소자, 그리고 상기 열전 소자의 일면에 위치하는 열 교환기를 포함하고, 상기 열 교환기의 적어도 어느 일면은 제1 매질인 대기와 접촉하여 위치하고 대기 이외의 유체를 포함하는 제2 매질에 대하여 흡착성을 가지는 매질 흡착부를 가지는 열전 장치를 제공한다.
상기 제2 매질은 별도의 통로(channel)를 거치지 않고 상기 매질 흡착부에 직접 공급될 수 있다.
상기 제2 매질은 상기 제1 매질보다 높은 대류 열전달 계수(h) 값을 가질 수 있다.
상기 제2 매질은 상기 열 교환기에 함침, 분무, 스케터링(scattering), 포어링(pouring), 도포(coating), 또는 이들의 조합의 방식에 따라 공급될 수 있다.
상기 매질 흡착부는 오목부, 돌출부, 또는 이들의 조합인 3차원 입체 구조를 가질 수 있다.
상기 오목부 또는 상기 볼록부는 수 마이크로미터 (㎛) 내지 수백 마이크로미터(㎛) 크기의 요철을 가질 수 있다.
상기 매질 흡착부는 복수의 나노 패턴을 가질 수 있다.
상기 제2 매질은 액체이고, 인접하는 상기 나노 패턴들 사이의 간격은 상기 액체의 액적 크기에 대응될 수 있다.
상기 제2 매질은 액체이고, 인접하는 상기 나노 패턴들 사이에 형성된 공간의 일부가 상기 액체에 의하여 점유되고, 상기 액체와 대기의 경계면은 오목한 곡선의 형상을 가질 수 있다.
상기 매질 흡착부는 다공성 물질을 포함할 수 있다.
상기 열 교환기의 온도는 흡착된 상기 제2 매질의 상(phase) 변화에 따라 하강할 수 있다.
상기 열 교환기의 상부에 위치하는 보호체를 더 포함할 수 있다.
상기 보호체는 상기 제2 매질에 대하여 투과성을 가질 수 있다.
상기 보호체는 메쉬 구조체일 수 있다.
상기 열전 소자 및 상기 열 공급부 사이, 또는 상기 열전 소자 및 상기 열 교환기 사이에 위치하는 보호 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 열전 소자의 적어도 일 측면에 위치하는 단열 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 열전 소자와 상기 단열 부재가 서로 이격되어 위치할 수 있다.
상기 열전 장치는 사용자의 몸체에 탈착되는 웨어러블 장치를 포함할 수 있다.
상기 열 공급부에서 상기 매질 흡착부로 공급되는 열은 사용자의 체열일 수 있다.
상기 매질 흡착부로 공급된 제2 매질은 사용자의 동작에 따라 이동성을 가질 수 있다.
일 구현예에 따른 열전 장치는 대기 및 대기 이외의 유체를 대류 열 전달에 활용함으로써, 단시간에 손쉽게 에너지를 수확할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 열전 장치를 도시한 단면도이고,
도 2는 일 예에 따른 도 1의 "A″부분을 확대하여 도시한 단면도이고,
도 3은 다른 일 예에 따른 도 1의 "A″부분을 확대하여 도시한 단면도이고,
도 4는 또 다른 일 예에 따른 도 1의 "A″부분을 확대하여 도시한 단면도이고,
도 5는 또 다른 일 예에 따른 도 1의 "A″부분을 확대하여 도시한 단면도이고,
도 6은 일 구현예에 따른 열 변환기의 돌출부에 형성된 요철 구조를 설명하기 위한 단면도이고,
도 7은 다른 일 구현예에 따른 열 변환기의 오목부에 형성된 요철 구조를 설명하기 위한 단면도이고,
도 8은 또 다른 일 구현예에 따른 열 변환기를 설명하기 위한 단면도이고,
도 9는 또 또 다른 일 구현예에 따른 열 변환기를 설명하기 위한 단면도이고,
도 10은 다른 구현예에 따른 열전 장치를 도시한 단면도이고,
도 11은 또 다른 구현예에 따른 열전 장치를 도시한 단면도이고,
도 12는 또 다른 구현예에 따른 열전 장치를 도시한 단면도이고,
도 13 내지 16은 또 다른 여러 구현예들에 따른 열전 장치를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
도 1을 참고하여 일 구현예에 따른 열전 장치를 설명한다.
도 1은 일 구현예에 따른 열전 장치를 도시한 단면도이다. 도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 열전 장치(100)는 열 공급부(10), 상기 열 공급부(10)의 일면에 위치하는 열전 소자(20), 그리고 상기 열전 소자(20)의 일면에 위치하는 열 교환기(30)를 포함한다.
열전 장치(100)는 열전 소자(20)의 온도 차를 이용하여 에너지를 수확하는 기기로서, 열전 소자(20)는 상대적으로 높은 온도를 가지는 고온부와 상대적으로 낮은 온도를 가지는 저온부를 포함한다. 열전 소자(20)의 상기 고온부와 저온부 사이에는 N형과 P형의 반도체 물질이 배열되어 상기 고온부와 저온부 사이의 온도 차에 의해 N형 물질 내에서는 전자가, P형 물질 내에서는 홀이 이동하여 전기를 생산하는 원리에 따라 에너지를 생산할 수 있다. 열전 소자(20)의 재료는 온도 차를 형성할 수 있는 물질이면 제한되지 않고, 예컨대 상온 영역에서는 Bi-Sb-Te 계열의 재료를 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 열전 소자(20)의 상기 고온부는 열 공급부(10)의 일면에 위치할 수 있고, 열전 소자(20)의 상기 저온부는 열 교환기(30)의 일면에 위치할 수 있다.
열 공급부(10)는 열전 장치(100)에 열을 공급할 수 있는 수단이라면 제한되지 않고, 예컨대 인체, 동물의 몸체 등에 열전 장치(100)를 부착하여 사용할 경우 열 공급부(100)는 사람이나 동물의 체온이 될 수 있다. 이러한 경우 별도의 냉각 또는 가열 장치가 없는 상온의 환경에서 사람이나 동물의 체온으로부터 열전현상을 이용하여 에너지 수확이 가능하다.
일 구현예에 따른 열전 장치(100)는 사용자의 몸체에 탈착되는 웨어러블 장치(Wearable device)일 수 있고 구체적으로 스마트 폰, 스마트 워치 등과 같은 사물 인터넷(Internet of Things, IoT) 기반의 장치일 수 있다.
열 교환기(30)의 일면은 열전 소자(20)와 대면하여 위치하며, 외부와의 열 교환 작용에 의하여 열전 소자(20)에 소정 수준 이상의 온도 차를 형성한다. 열 교환기(30)는 예컨대 열전 소자(20)의 저온부의 대류 현상을 이용하여 상기 저온부의 열을 외부로 방출할 수 있다.
열 교환기(30)의 적어도 어느 일면은 제1 매질인 대기와 접촉하여 위치하고, 대기와 접촉하여 위치하는 열 교환기(30)의 일면은 대기 이외의 유체를 포함하는 제2 매질에 대하여 흡착성을 가진다. 열 교환기(30)의 적어도 일면에 형성된 제2 매질에 대하여 흡착성을 가지는 부분을 매질 흡착부(A)라 정의한다.
흡착(Adsorption)은 물체의 계면에서 농도가 주위보다 증가하는 현상으로, 열 교환기는(30)는 적어도 일면에 대기 이외의 유체에 대하여 흡착성을 가지는 부분을 포함함으로써 대기뿐만 아니라 대기 이외의 유체 또한 열전 소자(20) 저온부의 대류의 매질로 이용할 수 있게 되어 열전 장치(100)의 효율을 높일 수 있다.
상기 제2 매질에 포함되는 유체는 기체 상, 액체 상, 플라즈마 상, 또는 이들의 조합일 수 있으며, 대류 현상에 의하여 상 변화를 일으킬 수 있는 물질이라면 원칙적으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 제2 매질은 상기 제1 매질보다 높은 대류 열전달 계수(h) 값을 가지는 물질일 수 있고, 예컨대 물, 알코올, 오일 등과 같은 액상 형태가 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 열 교환기(30)의 적어도 일면은 대기와 접촉하여 위치하므로, 일 구현예에 따른 열전 장치(100)는 외부에 개방된 구조를 가진다. 이에 따라, 대기 및 대기 이외의 유체를 열 교환기(30)에 공급하기 용이하여 수시로 열전 소자(20) 저온부의 방열을 유도할 수 있다. 예를 들어, 상기 대기 이외의 유체는 함침, 분무, 스케터링(scattering), 도포(coating), 포어링(pouring), 또는 이들의 조합의 방식에 따라 열 교환기(30)에 공급될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
일 구현예에 따른 열전 장치(100)에 따르면, 열 교환기(30)에 공급되는 대기 이외의 매질은 별도의 통로(channel)를 거치지 않고 상기 매질 흡착부에 직접 공급될 수 있다. 예를 들어, 열전 장치(100)가 스마트 폰인 경우 사용자는 주변 환경에서 획득 가능한 예컨대 주류 등와 같은 액상 물질을 열 교환기(30)에 바로 투입시킴으로써 상 변화에 따른 열전 소자(20) 저온부의 온도 하강을 유도할 수 있다. 이에 따라 열전 소자(20)는 단시간에 온도 차를 형성하여 열전 장치(100)가 신속하게 에너지를 수확할 수 있게 된다. 일 구현예에 따른 열전 장치(100)는 별도의 통로 없이 바로 매질 보충이 가능하므로 유로(fluid path)를 거쳐 매질이 공급되는 시스템과 비교하여 신속하게 에너지 수확이 가능하다. 이에 따라 재난 시와 같은 긴급 상황에서 신속하고 효율적으로 에너지를 수확할 수 있다.
또한, 유로를 도입한 시스템의 경우 유체 이동을 위해 모세관 원리가 작동할 수 있도록 기기의 배향이 중력방향에 구속되는 것에 반하여, 일 구현예에 따른 열전 장치(100)는 유로와 같은 별도의 통로를 배제하고 대기 이외의 유체를 열 교환기(30) 표면에 바로 흡착시킴으로써 열전 장치(100)가 중력 방향 이외의 방향 이외의 배향에서도 열전 현상을 구현할 수 있도록 한다. 이에 따라 일 구현예에 따른 열전 장치(100)는 사용자의 움직임과 무관하게 소정 수준 이상의 열전 현상을 구현할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 매질은 사용자의 동작에 따라 이동성을 가질 수 있다. 열전 장치(100)가 예컨대 스마트 워치(smart watch)인 경우 사용자의 손목 동작에 따라 상기 매질 흡착부 상에서의 상기 제2 매질의 분포도(흡착도)가 달라질 수 있다. 그러므로, 사용자의 의도된 동작에 의해 상기 매질 흡착부 상에서 제2 매질의 흡착도를 보다 균일하게 할 수 있어 열전 효율 증가에 기여할 수 있다.
매질 흡착부(A)는 열 교환기(30)의 적어도 일면에 형성되며, 예컨대 열 교환기(30)가 열전 소자(20)와 마주보는 면과 대향되는 면에 형성될 수 있다. 그러나 열 교환의 정도를 고려하여, 열 교환기(30)가 열전 소자(20)와 마주보는 면 중 대기와 접촉하는 기타 영역을 매질 흡착부로 할 수 있고, 예컨대 열 교환기(30)의 일 측면 또는 양 측면을 매질 흡착부로 할 수도 있다 (도 11 참조).
상기 매질 흡착부는 상기 제2 매질을 열 교환기(30)에 일시적으로 흡착시켜 상 변화를 일으킬 수 있는 것이면 되고 그 재료나 구조에 원칙적으로 구속되지 않는다. 일 예로, 상기 매질 흡착부는 예컨대 섬유나 스펀지와 같은 다공성 물질로 형성될 수 있다. 다른 일 예로, 상기 매질 흡착부는 예컨대 한천과 같은 젤라틴 소재로 형성될 수 있다. 또 다른 일 예로, 상기 매질 흡착부는 금속류, 카본류, 폴리머 함유 소재, 면 소재, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 매질 흡착부는 오목부, 돌출부, 또는 이들의 조합으로 구성된 3차원 입체 구조를 가질 수 있고, 예컨대 물결형, 격자형, 딤플형, 벌집형, 또는 이들의 조합의 형상을 가질 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 매질 흡착부의 3차원 입체 구조에 관해서는 도 2 내지 5를 참고하여 더 설명한다.
도 2 내지 5는 도 1의 "A″부분을 확대하여 도시한 단면도이다.
예를 들어, 도 2에 도시한 열 교환기(30)의 매질 흡착부는 오목형 요철 구조(凹)를 가지고, 도 3에 도시한 열 교환기(30)의 매질 흡착부는 볼록형 요철 구조(凸)를 가진다. 도 2 및 3에 사각형 형상의 요부 또는 철부를 가지는 요철 구조를 도시하였으나, 이는 예시에 불과하며 3차원 입체 구조를 형성할 수 있는 것이라면 그 세부 구조는 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 4 및 5에 도시한 바와 같이 열 교환기(30)의 매질 흡착부는 오목부 단면이 물결 형상을 가질 수 있다. 도 2 내지 5에서, 각각의 오목부 및 돌출부의 형상은 규칙적이어도 되고 불규칙적이어도 된다.
상기 오목부 또는 상기 볼록부는 수 마이크로미터 (㎛) 내지 수백 마이크로미터(㎛) 크기의 요철을 가질 수 있다. 이에 관해서는 도 6 및 7을 참고하여 설명한다.
도 6은 일 구현예에 따른 열 변환기(30)의 돌출부에 형성된 요철 구조를 설명하기 위한 단면도이고, 도 7은 다른 일 구현예에 따른 열 변환기(30)의 오목부에 형성된 요철 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6 및 7을 참고하면, 열 변환기(30)는 수 마이크로미터 (㎛) 내지 수백 마이크로미터(㎛) 크기(d)의 세부 요철 구조를 가짐으로써 상기 제2 매질이 열 변환기(30)의 매질 흡착부에 흡착되는 정도를 높일 수 있다. 도 6에서는 볼록부에 형성된 오목형 마이크로 요철 구조를, 도 7에서는 오목부에 형성된 볼록형 마이크로 요철 구조를 예시하였지만, 열 교환기(30)에 공급되는 상기 제2 매질의 종류, 열 교환기(30)의 매질 흡착부를 구성하는 재료에 따라 여러 형태의 구조적 변형을 가할 수 있다. 이와 같이 마이크로 크기의 요철 구조를 형성할 경우 요철에 의해 액상 매질의 기본 단위 액적이 열교환기(30) 표면과 접촉하는 면적이 늘어나므로, 높은 점성의 응착이 가능해진다. 이에 따라 모든 액적들의 전체 표면적이 극대화 되도록 작고 균등하게 열교환기 표면에 응착시킴으로써 상변화를 촉진시킬 수 있다.
도 8 및 9는 또 다른 구현예들에 따른 열 변환기(30)를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8 및 9를 참고하면, 또 다른 구현예들에 따른 열 변환기(30)는 복수의 나노 패턴을 가지는 코팅층(31)을 포함할 수 있고, 코팅층(31)은 열 변환기(30)의 매질 흡착부가 될 수 있다. 상기 나노 패턴은 수 나노미터 내지 수백 나노미터의 크기를 가지는 구멍(hole), 오목부, 돌출부, 또는 이들의 조합일 수 있으며, 형상 등은 특별히 한정되지 않는다. 일 구현예에 따른 열 변환기(30)는 나노 크기의 패턴을 가짐으로써 상기 제2 매질이 열 변환기(30)에 흡착되는 정도를 높일 수 있다. 예를 들어, 코팅층(31)을 형성하는 물질의 특성과 코팅층(31)의 패턴에 따라 코팅층(31) 물질과 상기 제2 매질간의 분자간 인력 및/또는 척력이 작용하게 되므로, 상기 제2 매질의 속성을 고려하여 상기 제2 매질과 인력 및/또는 척력의 적절한 조합이 가능한 코팅층(31) 물질을 적용하여 제2 매질의 액적의 형상, 액적의 표면적, 또는 흡착도 등을 조절할 수 있다.
도 8을 참고하면, 상기 제2 매질은 액체(L)이고, 상기 액체(L)의 액적 크기는 인접하는 상기 나노 패턴들 사이의 간격(p)에 대응될 수 있다. 예를 들어, 상기 액체(L)는 물이고 코팅층(31)은 예컨대 테플론(polytetrafluoroetylene, Teflon™)과 같은 소수성 소재일 수 있다. 이 경우 소수성 소재가 물을 밀어내는 성질을 가지므로, 물이 액적을 형성하여 물의 표면적이 보다 넓어질 수 있다.
도 9를 참고하면, 상기 제2 매질은 액체(L)이고, 인접하는 상기 나노 패턴들 사이에 형성된 공간의 일부가 액체(L)에 의하여 점유되고 액체(L)와 대기의 경계면은 오목한 곡선의 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 액체(L)는 물이고 코팅층(31)은 친수성 소재일 수 있다. 이 경우 친수성 소재가 물을 끌어당기는 성질을 가지므로, 물의 흡착성을 증가시켜 열 교환기(30)의 표면에 보다 장시간 동안 매질(물)을 고정시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 열 교환기(30)의 구조는 제한되지 않으며, 예컨대 평면 구조, 곡면 구조, 또는 이들을 조합한 구조일 수 있다. 도 10은 다른 구현예에 따른 열전 장치를 도시한 단면도이다. 도 10에 도시한 바와 같이 열 교환기(30)는 하단으로 구부러진 곡면 형태일 수 있다. 도 11은 또 다른 구현예에 따른 열전 장치를 도시한 단면도이다. 도 11에 도시한 바와 같이 열 교환기(30)는 다차원의 입체 구조를 가질 수 있다. 도 10 및 11에 따른 열 교환기(30)는 대기와 접촉하는 면적을 늘림으로써 대기(제1 매질) 및 대기 이외의 유체(제2 매질)에 대한 접촉 면적이 증가되어 열 교환기(30)에서의 열 교환량을 보다 증가시킬 수 있다. 이에 따라 열전 소자(20)의 온도 차가 증가되어 열전 장치(100)의 열전 효율이 증가될 수 있다.
도 12는 또 다른 일 구현예에 따른 열전 장치(100)를 나타내는 단면도이다. 도 12를 참고하면, 열전 장치(100)는 열 교환기(30)의 상부에 위치하는 보호체(40)을 더 포함할 수 있다.
보호체(40)는 상기 제2 매질에 대하여 투과성을 가지는 재료 및/또는 구조로 형성될 수 있다. 보호체(40)는 예컨대 금속 소재 또는 플라스틱 소재로 제작될 수 있으며, 예컨대 메쉬 구조체의 형상을 가질 수 있다. 일 구현예에 따른 열전 장치(100)는 보호체(40)를 포함함으로써, 열 교환기(30)에 흡착된 상기 제2 매질이 탈착되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 보호체(40)가 상기 제2 매질에 대하여 투과성을 가지므로 보호체(40)를 제거하지 않아도 보호체(40)를 거쳐 열 교환기(30)로 매질 투입이 가능하여, 손쉽게 수시로 열전 장치(100)에 대기 이외의 매질(제2 매질)을 보충할 수 있다.
도 13 내지 16은 또 다른 여러 구현예들에 따른 열전 장치(100)를 나타내는 단면도이다.
도 13을 참고하면, 열전 장치(100)는 열전 소자(20) 및 열 공급부(10) 사이, 및/또는 열전 소자(20) 및 열 교환기(30) 사이에 위치하는 보호 부재(51, 52)을 더 포함할 수 있다. 보호 부재(51, 52)는 예컨대 스테인리스 스틸이나 나일론 등의 소재로 형성될 수 있고, 예컨대 약 50 내지 500 마이크로미터 두께로 형성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 보호부재(51, 52)는 예컨대 그 내부에 히트 파이프(H)가 수직 방향으로 형성된 써멀 비아(thermal via) 구조를 가질 수 있다.
도 14를 참고하면, 열전 장치(100)는 열전 소자(20) 및 보호부재(51) 사이, 및/또는 열전 소자(20) 및 보호부재(52) 사이에 위치하는 접촉 열 전도재 (Thermal Interface Material, TIM) (61, 62)를 더 포함할 수 있다.
도 15를 참고하면, 열전 장치(100)는 열전 소자(20)의 적어도 일 측면에 위치하는 단열 부재(71, 72)를 더 포함할 수 있다.
도 16을 참고하면, 열전 소자(20)와 단열 부재(71, 72)가 서로 이격되어 위치할 수 있다. 예를 들어, 열전 소자(20)와 단열 부재(71, 72) 사이의 공간(V1, V2)은 공기로 채워질 수 있고 진공 상태일 수도 있다.
상술한 여러 구현예들에 따른 열전 장치는 제1 매질 및 제2 매질을 효율적으로 대류 열 전달에 활용함으로써, 단시간에 손쉽게 에너지 수확이 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
열 공급부(10)
열전 소자(20)
열 교환기(30)
코팅층(31)
보호체(40)
열전 장치(100)

Claims (20)

  1. 열 공급부;
    상기 열 공급부의 일면에 위치하는 열전 소자; 그리고
    상기 열전 소자의 일면에 위치하는 열 교환기
    를 포함하고,
    상기 열 교환기의 적어도 어느 일면은 제1 매질인 대기와 접촉하여 위치하고 대기 이외의 유체를 포함하는 제2 매질에 대하여 흡착성을 가지는 매질 흡착부를 가지는
    열전 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제2 매질은 별도의 통로(channel)를 거치지 않고 상기 매질 흡착부에 직접 공급되는 열전 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 제2 매질은 상기 제1 매질보다 높은 대류 열전달 계수(h) 값을 가지는 열전 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 제2 매질은 상기 열 교환기에 함침, 분무, 스케터링(scattering), 포어링(pouring), 도포(coating), 또는 이들의 조합의 방식에 따라 공급되는 열전 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 매질 흡착부는 오목부, 돌출부, 또는 이들의 조합인 3차원 입체 구조를 가지는 열전 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 오목부 또는 상기 볼록부는 수 마이크로미터 (㎛) 내지 수백 마이크로미터(㎛) 크기의 요철을 가지는 열전 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 매질 흡착부는 복수의 나노 패턴을 가지는 코팅층인 열전 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 제2 매질은 액체이고, 인접하는 상기 나노 패턴들 사이의 간격은 상기 액체의 액적 크기에 대응되는 열전 장치.
  9. 제7항에서,
    상기 제2 매질은 액체이고, 인접하는 상기 나노 패턴들 사이에 형성된 공간의 일부가 상기 액체에 의하여 점유되고, 상기 액체와 대기의 경계면은 오목한 곡선의 형상을 가지는 열전 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 매질 흡착부는 다공성 물질을 포함하는 열전 장치.
  11. 제1항에서,
    상기 열 교환기의 온도는 흡착된 상기 제2 매질의 상(phase) 변화에 따라 하강하는 열전 장치.
  12. 제1항에서,
    상기 열 교환기의 상부에 위치하는 보호체를 더 포함하는 열전 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 보호체는 상기 제2 매질에 대하여 투과성을 가지는 열전 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 보호체는 메쉬 구조체인 열전 장치.
  15. 제1항에서,
    상기 열전 소자 및 상기 열 공급부 사이, 또는 상기 열전 소자 및 상기 열 교환기 사이에 위치하는 보호 부재를 더 포함하는 열전 장치.
  16. 제1항에서,
    상기 열전 소자의 적어도 일 측면에 위치하는 단열 부재를 더 포함하는 열전 장치.
  17. 제16항에서,
    상기 열전 소자와 상기 단열 부재가 서로 이격되어 위치하는 열전 장치.
  18. 제1항에서,
    상기 열전 장치는 사용자의 몸체에 탈착되는 웨어러블 장치를 포함하는 열전 장치.
  19. 제18항에서,
    상기 열 공급부에서 상기 매질 흡착부로 공급되는 열은 사용자의 체열인 열전 장치.
  20. 제19항에서,
    상기 매질 흡착부로 공급된 제2 매질은 사용자의 동작에 따라 이동성을 가지는 열전 장치.
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