KR20160118801A - 열전소자조립체 - Google Patents

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KR20160118801A
KR20160118801A KR1020150047539A KR20150047539A KR20160118801A KR 20160118801 A KR20160118801 A KR 20160118801A KR 1020150047539 A KR1020150047539 A KR 1020150047539A KR 20150047539 A KR20150047539 A KR 20150047539A KR 20160118801 A KR20160118801 A KR 20160118801A
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    • H01L35/30—
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Abstract

본 발명은 열전소자조립체에 관한 것으로서, 서로 일정거리 이격되게 배치된 하부기판 및 상부기판과; 상기 하부기판 및 상부기판 사이에 배치되는 중간기판과; 상기 상부기판과 상기 중간기판 사이에 수직한 방향으로 교번적으로 배치되는 복수개의 상부 n형 반도체 및 상부 p형 반도체와; 상기 중간기판과 상기 하부기판 사이에 수직한 방향으로 교번적으로 배치되는 복수개의 하부 n형 반도체 및 하부 p형 반도체와; 상기 하부기판과 상기 상부기판으로 전원을 공급하여 상기 하부기판과 상기 상부기판에서 열기 또는 냉기가 발생되도록 하는 전원공급부를 포함하며, 상기 중간기판에는 복수개의 연결홀이 관통형성되고, 상기 연결홀에는 상기 중간기판의 상부와 하부에 마주보게 배치된 하부 p형 반도체 및 상부 p형 반도체와, 하부 n형 반도체 및 상부 n형 반도체를 서로 전기적으로 연결하는 전선이 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

열전소자조립체{THERMOELEMENT ASSEMBLY}
본 발명은 열전소자조립체에 관한 것으로서, 보다 자세히는 펠티어소자 양단의 온도차를 최대화하여 열전발전 효율을 높일 수 있는 열전소자조립체에 관한 것이다.
서로 다른 종류의 반도체를 접합하여 전기 회로를 형성하고, 직류 전류를 흘리면 한쪽 접합부에서는 발열 현상이 발생하고, 다른 쪽 접합부에서는 흡열 현상이 발생한다. 이러한 현상은 펠티어 효과(Peltier effect)라 불린다. 이러한 목적으로 구성된 소자를 열전소자 또는 펠티어 소자라 한다. 또한, 두 개의 접합부 사이에 온도차를 발생시키면 온도차에 비례한 기전력이 발생한다. 이 현상을 제백 효과(Seebeck effect)라 하고, 발생한 기전력을 이용하여 행하는 발전을 열전 발전이라 한다.
열전소자는 일반적으로 p형과 n형으로 이루어진 두 종류의 열전반도체 소자를 배열하고, 열전 반도체 소자를 상부기판과 하부기판 사이에 교대로 배치한 후, 전기를 인가하여 형성된다.
전류가 각 n형 반도체로부터 p형 반도체로 흐르게 되면, 펠티어 효과로 인해 상부기판에서 흡열반응에 의해 냉기가 발생되고, 반대로 하부기판에서는 발열반응에 의해 열이 발생된다.
여기서, 열전소자의 상부기판과 하부기판에서 각각 발생되는 열기와 냉기는 인가되는 전류에 비례한다. 따라서, 이론적으로는 인가되는 전류를 크게 할 수록 열기와 냉기의 차이가 더욱 커지고, 이러한 온도차를 이용한 열전발전의 효율도 높아지게 된다.
그러나, 실제로는 상부기판에서 발생된 냉기가 하부기판 측으로 이동되고, 하부기판에서 발생된 열기가 상부기판 측으로 이동되며 전도되므로 온도차를 크게 하는데 한계가 있다.
또한, 열전소자가 통상 밀폐된 공간 내부에 있으므로 상부기판에서 발생된 냉기와 하부기판에서 발생된 열기를 외부로 방출하는데도 한계가 있다.
이에, 상부기판과 하부기판에서 발생되는 냉기와 열기의 전도를 최소화하여 열전소자 양단의 온도차를 최대화하고, 이에 의해 열전발전의 효율을 높일 수 있는 새로운 시도가 요구된다.
등록특허 제10-0871457호 "발열소자의 방열장치"
본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, n형-p형 반도체가 배열된 상부기판과 하부기판 사이의 열전도를 차단하여 온도차를 최대화할 수 있는 열전소자조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 n형-p형 반도체가 배열된 상부기판과 하부기판 사이의 물리적 거리를 증가시켜 상부기판과 하부기판 양단의 온도차를 증가시킬 수 있는 열전소자조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 n형-p형 반도체가 배열된 상부기판과 하부기판에서 발생되는 열기와 냉기를 빠르게 외부로 방출하여 상부기판과 하부기판 양단의 온도차이를 증가시킬 수 있는 열전소자 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
본 발명의 목적은 열전소자조립체에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 열전소자조립체는, 서로 일정거리 이격되게 배치된 하부기판 및 상부기판과; 상기 하부기판 및 상부기판 사이에 배치되는 중간기판과; 상기 상부기판과 상기 중간기판 사이에 수직한 방향으로 교번적으로 배치되는 복수개의 상부 n형 반도체 및 상부 p형 반도체와; 상기 중간기판과 상기 하부기판 사이에 수직한 방향으로 교번적으로 배치되는 복수개의 하부 n형 반도체 및 하부 p형 반도체와; 상기 하부기판과 상기 상부기판으로 전원을 공급하여 상기 하부기판과 상기 상부기판에서 열기 또는 냉기가 발생되도록 하는 전원공급부를 포함하며, 상기 중간기판에는 복수개의 연결홀이 관통형성되고, 상기 연결홀에는 상기 중간기판의 상부와 하부에 마주보게 배치된 하부 p형 반도체 및 상부 p형 반도체와, 하부 n형 반도체 및 상부 n형 반도체를 서로 전기적으로 연결하는 전선이 구비되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 상부기판과 상기 중간기판 사이의 공간, 상기 중간기판과 상기 하부기판 사이의 공간 중 적어도 어느 하나에 절연체가 구비될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 상부기판과 상기 중간기판 사이의 공간, 상기 중간기판과 상기 하부기판 사이의 공간 중 적어도 어느 하나는 진공상태로 구비될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 중간기판의 외주면에는 상기 상부기판과 상기 하부기판에서 각각 발생된 열기 또는 냉기가 상기 중간기판을 경유하여 이동되는 것을 차단하는 열차단판이 일정면적 연장되게 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 열차단판의 단부에서 상부방향으로 만곡되게 연장형성되어 상기 상부기판을 통해 상기 중간기판으로 이동된 냉기 또는 열기를 상기 상부기판으로 복귀시키는 상부복귀판과; 상기 열차단판의 단부에서 하부방향으로 만곡되게 연장형성되어 상기 하부기판을 통해 상기 중간기판으로 이동된 냉기 또는 열기를 상기 하부기판으로 복귀시키는 하부복귀판을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 상부기판의 외주면에 상부방향으로 오목하게 만곡형성되어 상기 상부기판에서 발생되는 냉기 또는 열기를 상방향으로 안내하는 상부안내판과; 상기 하부기판의 외주면에 하부방향으로 오목하게 만곡형성되어 상기 하부기판에서 발생되는 냉기 또는 열기를 하부방향으로 안내하는 하부안내판을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 중간기판은 상기 상부기판과 상기 하부기판 사이에 복수개가 서로 이격되게 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 열전소자조립체는 상부기판에서 발생된 냉기와 하부기판에서 발생된 열기가 서로 전도되어 이동하는 것을 차단하여 인가되는 전류에 의해 발생되는 상부기판과 하부기판 사이의 온도차가 계속 유지되도록 할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 열전소자조립체는 상부기판과 하부기판 사이에 중간기판을 배치하여, 상부기판과 하부기판 사이의 열기와 냉기의 전도거리를 증가시켜 열기와 냉기가 독립적으로 유지되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 열전소자조립체는 상부기판과 중간기판 사이, 중간기판과 하부기판 사이의 공간에 절연체를 채우거나, 진공압을 형성하여 열기와 냉기가 전도되는 것을 차단할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 열전소자조립체는 상부기판과 중간기판의 외주연의 형상을 가변하여 열기와 냉기의 전도거리를 증가시킬 수도 있다.
이에 의해 본 발명의 열전소자조립체를 이용해 열전발전을 구현할 경우, 이론적인 온도차를 실현할 수 있어 열전발전의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 열전소자조립체의 구성을 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 열전소자조립체의 구성을 도시한 사시도,
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 열전소자조립체의 구성을 도시한 사시도,
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 열전소자조립체의 구성을 도시한 사시도,
도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 열전소자조립체의 구성을 도시한 사시도,
도 6은 본 발명의 제6실시예에 따른 열전소자조립체의 구성을 도시한 사시도,
도 7은 본 발명의 제7실시예에 따른 열전소자조립체의 구성을 도시한 사시도이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 열전소자조립체(100)의 구성을 도시한 사시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 열전소자조립체(100)는 서로 이격되게 배치된 하부기판(110) 및 상부기판(120)과, 하부기판(110)과 상부기판(120) 사이에 배치되어 상부기판(120)과 하부기판(110) 사이의 거리를 증가시키는 중간기판(140)과, 하부기판(110)과 중간기판(140) 사이에 수직한 방향으로 서로 교번적으로 배치된 하부 n형 반도체(130) 및 하부 p형 반도체(130a)와, 중간기판(140)과 상부기판(120) 사이에 수직한 방향으로 서로 교번적으로 배치된 상부 n형 반도체(130') 및 상부 p형 반도체(130a')와, 하부기판(110)과 상부기판(120)에 전원을 공급하는 전원공급부(150)를 포함한다.
하부기판(110)은 하부 n형 반도체(130) 및 하부 p형 반도체(130a)의 하부를 지지한다. 하부기판(110)의 상면에는 하부 n형 반도체(130) 및 하부 p형 반도체(130a)와 전기적으로 접속하는 하부전도판(111)이 구비된다. 하부전도판(111)은 하부 n형 반도체(130) 및 하부 p형 반도체(130a)의 위치에 대응되게 구비되며, 하부기판(110)과 전기적으로 접속된다.
상부기판(120)의 하면에는 상부 n형 반도체(130') 및 상부 p형 반도체(130a')의 상부를 지지한다. 상부기판(120)의 하면에는 상부 n형 반도체(130') 및 상부 p형 반도체(130a')와 전기적으로 접속하는 상부전도판(121)이 구비된다. 상부전도판(121)은 상부 n형 반도체(130') 및 상부 p형 반도체(130a')의 위치에 대응되게 구비되며, 상부기판(120)과 전기적으로 접속한다.
상부기판(120)과 하부기판(110)은 각각 전원공급부(150)로부터 전원을 공급받아, 상하 n형 반도체(130,130') 및 상하 p형 반도체(130',130a')로 전원을 공급한다. 전원공급부(150)의 전원공급에 의해 상부기판(120)에는 펠티어효과에 의해 흡열반응이 일어나 냉기(C)를 방출하고, 하부기판(110)에는 발열반응이 일어나 열기(H)를 방출한다. 이 때, 전원공급부(150)의 전원연결 방향을 반전시킬 경우 상부기판(120)이 발열반응에 의해 냉기(C)를 방출하고, 하부기판(110)이 흡열반응에 의해 냉기(C)를 방출할 수 있다.
중간기판(140)은 상부기판(120)과 하부기판(110) 사이에 배치되어 상부기판(120)과 하부기판(110)의 물리적 거리(L1)를 증가시킨다. 이에 의해 상부기판(120)에서 발생된 냉기(C)와 하부기판(110)에서 발생된 열기(H)가 서로 전도되어 이동되는 거리가 길어지므로 상부기판(120)과 하부기판(110)의 온도차이가 유지될 수 있고, 이에 의해 온도차이를 최대화할 수 있다.
중간기판(140)은 하부기판(110)과 상부기판(120) 사이에서 하부 n형 반도체(130) 및 하부 p형 반도체(130a)와 상부 n형 반도체(130') 및 상부 p형 반도체(130a')를 지지한다. 중간기판(140)은 인쇄회로기판(PCB기판)이 사용되거나, 전기적으로 절연성을 갖고 열적으로 단열성을 세라믹기판이 사용될 수 있다.
중간기판(140)의 하면에는 각각 하부 n형 반도체(130) 및 하부 p형 반도체(130a)와 전기적으로 접속하는 제1전극(141)이 일정간격으로 복수개 구비되고, 중간기판(140)의 상면에는 상부 n형 반도체(130') 및 상부 p형 반도체(130a')와 전기적으로 접속하는 제2전극(143)이 일정간격으로 복수개 구비된다.
중간기판(140)의 판면에는 연결홀(145)이 관통형성되고, 연결홀(145)에는 마주보는 제1전극(141)과 제2전극(143)을 전기적으로 연결하는 전선(147)이 복수개 구비된다. 하부기판(110)으로 인가된 전류는 서로 직렬로 연결된 하부 n형 반도체(130) 및 하부 p형 반도체(130a)을 경유하여 중간기판(140)의 전선(147)을 통해 상부 n형 반도체(130') 및 상부 p형 반도체(130a')로 전달되고 상부기판(120)으로 흐르게 된다. 이 과정에서 상부기판(120)에는 흡열반응, 하부기판(110)에는 발열반응이 진행되어 냉기(C)와 열기(H)가 방출된다.
본 발명의 제1실시예에 따른 열전소자조립체(100)는 중간기판(140)을 중심으로 하부기판(110)과 상부기판(120)에서 열기(H)와 냉기(C)가 이격되게 방출된다. 또한, 열기(H)와 냉기(C)가 전도되는 거리(L1)가 길어지므로 열기(H)와 냉기(C)가 혼합되지 않고 독립적으로 유지될 수 있다. 이에 중간기판(140)이 없는 종래 열전소자와 비교할 때 본 발명의 열전소자조립체(100)는 상부기판(120)과 하부기판(110) 사이의 온도차가 유지될 수 있다.
한편, 도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 열전소자조립체(100a)의 구성을 도시한 사시도이다. 본 발명의 제2실시예에 따른 열전소자조립체(100a)는 하부기판(110)과 상부기판(120) 사이에 두 개의 중간기판(140,140a)를 배치한 형태이다.
하부중간기판(140)과 하부기판(110) 사이에는 복수개의 하부 n형 반도체(130) 및 하부 p형 반도체(130a)가 직렬로 교번적으로 배치되고, 하부중간기판(140)과 상부중간기판(140a) 사이에는 복수개의 중간 n형 반도체(130") 및 중간 p형 반도체(130a")가 직렬로 교번적으로 배치되고, 상부중간기판(140a)와 상부기판(120) 사이에는 복수개의 상부 n형 반도체(130') 및 상부 p형 반도체(130a')가 직렬로 교번적으로 배치된다.
이 때, 하부기판(110), 하부중간기판(140), 상부중간기판(140) 및 상부기판(120)에 대해 하부 n형 반도체(130), 중간 n형 반도체(130"), 상부 n형 반도체(130')는 일렬로 나란하게 배치되고, 하부중간기판(140)과 상부중간기판(140a)에 형성된 연결홀(145,145a)에 의해 전기적으로 연결된다. 하부 p형 반도체(130a), 중간 p형 반도체(130a") 및 상부 p형 반도체(130a')도 동일하게 일렬로 나란하게 배치된다.
이러한 구조에 의해 제1실시예에 따른 열전소자조립체(100)에 비해 제2실시예에 따른 열전소자조립체(100a)의 상부기판(120)과 하부기판(110) 사이의 거리(L2)가 더 길어지게 된다.
따라서, 열기(H)와 냉기(C)가 보다 더 독립적으로 유지되어 상부기판(120)과 하부기판(110) 사이의 온도차를 보다 더 크게 유지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 열전소자조립체(100b)의 구성을 도시한 사시도이다. 앞서 설명한 제1실시예와 제2실시예의 열전소자조립체(100,100a)는 상부기판(120)과 하부기판(110) 사이의 물리적 거리를 증가시켜 상부기판(120)과 하부기판(110) 사이의 온도차를 유지하도록 한다.
반면, 본 발명의 제 3실시예에 따른 열전소자조립체(100b)는 상부기판(120)과 하부기판(110) 사이를 절연하여 열기(H)와 냉기(C)가 전도되는 것을 차단한다. 이를 위해 하부기판(110), 중간기판(140) 및 하부기판(110)을 감싸도록 양측 및 전후방에 절연벽(160, 160a)과 절연커버(165)가 배치된다.
절연벽(160,160a)와 절연커버(165)에 의해 하부기판(110)과 상부기판(120) 사이는 밀폐된다. 이 때, 하부기판(110)과 중간기판(140) 사이의 공간(163)은 진공압형성부(164)에 의해 진공상태로 유지된다. 또한, 중간기판(140)과 상부기판(120) 사이의 공간에는 절연체(161)가 충진된다.
절연체(161)는 전기적으로는 절연성을 갖고 열적으로는 단열성을 갖는 소재로 형성된다. 이를 위해 절연체(161)는 세라믹볼 또는 세라믹판이 사용될 수 있다.
여기서, 도 3에서는 중간기판(140)을 기준으로 상부에는 절연체(161)가 사용되어 단열이 이루어지고, 중간기판(140)을 기준으로 하부에는 진공압에 의해 단열이 이루어진다. 그러나, 이는 일례일 뿐이며 중간기판(140)의 상부와 하부가 모두 절연체(161)가 사용될 수 있으며, 경우에 따라 중간기판(140)의 상부와 하부가 모두 진공압으로 유지될 수 있다.
또한, 진공압형성부(164)에 의해 진공압이 인가된 후, 진공압형성부(164)를 제거하여 절연벽(160,160a)와 절연커버(165)로 이루어진 공간을 진공압상태로 유지할 수도 있다.
절연체(161)에 의해 상부기판(120)에서 발생된 냉기(C)는 중간기판(140)을 향해 전도되지 못하고, 진공압에 의해 하부기판(110)에서 발생된 열기(H)는 중간기판(140)을 향해 전도되지 못한다.
따라서, 상부기판(120)과 하부기판(110) 사이의 온도차이가 시간이 지나도 좁혀 지지않고 일정하게 유지되어 온도차이를 최대화할 수 있다.
도 4는 도2에서와 같이 복수개의 중간기판(140,140a,140b)가 사용되어 물리적으로 상부기판(120)과 하부기판(110) 사이의 거리(L3)가 길어진 경우에 절연체(161)와 진공공간(163)이 적용된 예를 도시하였다.
도시된 바와 같이 상부기판(120)과 복수개의 중간기판(140,140a,140b) 및 하부기판(110)으로 이루어진 복수개의 공간에 선택적으로 절연체(161)와 진공공간(163)을 적용하여 열기(H)와 냉기(C)의 이동을 차단하여 상부기판(120)과 하부기판(110) 사이의 열전도를 이중으로 차단하여 상부기판(120)과 하부기판(110) 사이의 온도차이를 이론상에서와 같이 최대화할 수 있고, 최대화된 온도차이를 유지할 수도 있다. 이에 따라 열전발전을 구현할 경우, 열전발전효율을 높일 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 열전소자조립체(100d)의 구성을 도시한 사시도이다. 제5실시예에 따른 열전소자조립체(100d)는 한 개의 중간기판(140)을 배치한 상태에서, 상부기판(120)과 하부기판(110) 사이의 물리적 거리(L4)를 더 연장할 수 있는 예를 도시한 사시도이다.
앞서 설명한 도 2에서와 같이 상부기판(120)과 하부기판(110)이 평판 형태로 형성되는 경우, 냉기(C)와 열기(H)가 상부기판(120)과 하부기판(110)의 판면을 따라 이동하게 된다. 냉기(C)는 상부기판(120)의 모서리에서 하부로 이동되고, 열기(H)는 하부기판(110)의 모서리에서 상부로 이동된다.
도 5에 도시된 제5실시예에 따른 열전소자조립체(100d)는 하부기판(110a)의 외주연을 따라 하부방향으로 만곡형성된 하부안내판(113)이 일정길이 연장형성되고, 상부기판(120a)의 외주연을 따라 상부방향으로 만곡형성된 상부안내판(123)이 일정길이 연장형성된다.
하부안내판(113)은 하부방향으로 오목한 형태로 만곡형성된다. 이에 의해 하부기판(110a)을 따라 이동된 열기(H)가 하부안내판(113)의 형상에 의해 상부기판(120a)과 멀어지는 하부방향으로 안내된다.
하부안내판(113)과 동일한 원리로 상부기판(120a)을 따라 이동된 냉기(C)는 상부방향으로 만곡형성된 상부안내판(123)을 따라 상부방향으로 이동된다. 이에 따라 열기(H)와 냉기(C)가 서로 반대방향으로 멀어지게 안내되어 이동되므로 상부기판(110a)과 하부기판(120a)의 단부에서 열기(H)와 냉기(C)가 이동되어야 할 물리적 거리(L4)가 도 2에 도시된 제1실시예의 열전소자조립체(100)와 비교할 때 현저히 길어지게 된다.
이 때, 하부안내판(113)과 상부안내판(115)는 세라믹판과 같이 절연성능과 단열성능을 함께 갖는 소재로 형성되며, 하부기판(110)과 상부기판(120)의 외주면에 이종접합의 방법으로 결합될 수 있다.
한편, 도 6은 제6실시예에 따른 열전소자조립체(100d)의 구조에 열의 전도를 물리적으로 차단하는 열차단판(170)의 구성이 더해진 열전소자조립체(100e)의 구조를 도시한 사시도이다.
도면에는 내부 구조가 잘 드러나도록 하부안내판(113)과 상부안내판(115) 및 열차단판(170)이 상부기판(120a)와 하부기판(110a)의 양측으로만 연장된 형태로 도시되었으나 앞서 설명한 도 5에서와 같이 전체 외주면을 따라 연장될 수도 있다.
도시된 바와 같이 제6실시예에 따른 열전소자조립체(100e)는 열차단판(170)이 구비된다. 열차단판(170)은 중간기판(140)의 외측에 상부기판(120a)으로부터 이동된 냉기(C)를 다시 상부기판(120a) 측으로 안내하여 하부기판(110a) 측으로의 이동을 차단하고, 하부기판(110a)으로부터 이동된 열기(H)를 다시 하부기판(110a) 측으로 안내하여 상부기판(120) 측으로의 이동을 차단한다.
열차단판(170)은 중간기판(140)의 단부에 일정길이 연장형성되어 열기(H)와 냉기(C)가 중간기판(140)을 중심으로 이동되는 것을 차단한다. 열차단판(170)의 단부에는 하부방향으로 만곡형성되어 열기(H)를 다시 하부기판(110a)으로 복귀시키는 하부복귀판(173)과, 상부방향으로 만곡형성되어 냉기(C)를 다시 상부기판(120a)으로 복귀시키는 상부복귀판(171)이 구비된다.
제6실시예에 따른 열전소자조립체(100e)는 하부안내판(113) 및 상부안내판(123)과, 하부복귀판(173) 및 상부복귀판(171)의 결합에 의해 냉기(C)와 열기(H)의 전도를 차단하여 단순히 상부기판(120)과 하부기판(110) 사이의 물리적 거리만 증가시키는 경우와 비교할 때 상부기판(120)과 하부기판(110) 사이의 온도차를 유지시키는 효율이 더욱 향상될 수 있다.
열차단판(170)은 중간기판(140)과 일체로 연장되거나, 경우에 따라 결합되어 형성될 수 있다. 열차단판(170)도 단열성과 절연성을 함께 갖는 소재로 형성되는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 제7실시예에 따른 열전소자조립체(100f)의 구성을 도시한 사시도이다.
앞서 설명한 제1실시예부터 제6실시예의 열전소자조립체들은 상부기판(120)에서 발생된 냉기(C)와 하부기판(110)에서 발생된 열기(H)가 서로 이동되어 전도되는 것을 차단하는 경우였다.
반면, 제7실시예에 따른 열전소자조립체(100f)는 상부기판(120)에서 발생된 냉기(C)와 하부기판(110)에서 발생된 열기(H)를 빠르게 외부로 방출하기 위한 구조를 갖는다. 이를 위해 하부기판(110)의 하부에는 방열블럭(180)이 구비되고, 상부기판(120)의 상부에는 방냉블럭(180a)이 구비된다.
방열블럭(180)에는 복수개의 방열핀(181)이 하부방향으로 수직하게 구비되어, 하부기판(110)의 열기(H)를 빠르게 하부방향으로 방출시킨다. 방냉블럭(180a)에는 상부방향으로 복수개의 방냉핀(181a)이 구비되어 상부기판(120)의 냉기(C)를 빠르게 상부방향으로 방출한다.
이에 따라 상부기판(120)과 하부기판(110)에 잔류하는 냉기(C)와 열기(H)가 적어 냉기(C)와 열기(H)의 전도율도 적어지고, 상부기판(120)과 하부기판(110) 사이의 온도차도 유지될 수 있다.
여기서, 앞서 설명한 7개의 실시예의 열전소자조립체는 각각 개별적인 특징을 갖도록 형성되나, 경우에 따라 이들이 함께 조합되어 구비될 수도 있다. 즉, 제6실시예의 하부안내판(113)과 상부안내판(123)이 구비된 열전소자조립체의 구조에, 도 7에 도시된 방열블럭(180)과 방냉블럭(180a)이 조합되어 형성될 수도 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 열전소자조립체는 상부기판에서 발생된 냉기와 하부기판에서 발생된 열기가 서로 전도되어 이동하는 것을 차단하여 인가되는 전류에 의해 발생되는 상부기판과 하부기판 사이의 온도차가 계속 유지되도록 할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 열전소자조립체는 상부기판과 하부기판 사이에 중간기판을 배치하여, 상부기판과 하부기판 사이의 열기와 냉기의 전도거리를 증가시켜 열기와 냉기가 독립적으로 유지되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 열전소자조립체는 상부기판과 중간기판 사이, 중간기판과 하부기판 사이의 공간에 절연체를 채우거나, 진공압을 형성하여 열기와 냉기가 전도되는 것을 차단할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 열전소자조립체는 상부기판과 중간기판의 외주연의 형상을 가변하여 열기와 냉기의 전도거리를 증가시킬 수도 있다.
이에 의해 본 발명의 열전소자조립체를 이용해 열전발전을 구현할 경우, 이론적인 온도차를 실현할 수 있어 열전발전의 효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 열전소자조립체의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
100 : 열전소자조립체 110 : 하부기판
111 : 하부전도판 113 : 하부안내판
120 : 상부기판 121 : 상부전도판
123 : 상부안내판 130 : n형 반도체
130a : p형 반도체 140 : 중간기판
141 : 제1전극 143 : 제2전극
145 : 연결홀 147 : 전선
150 : 전원공급부 160 : 절연벽
161 : 절연체 163 : 진공공간
170 : 열차단판 171 : 상부복귀판
173 : 하부복귀판

Claims (7)

  1. 열전소자조립체에 있어서,
    서로 일정거리 이격되게 배치된 하부기판 및 상부기판과;
    상기 하부기판 및 상부기판 사이에 배치되는 중간기판과;
    상기 상부기판과 상기 중간기판 사이에 수직한 방향으로 교번적으로 배치되는 복수개의 상부 n형 반도체 및 상부 p형 반도체와;
    상기 중간기판과 상기 하부기판 사이에 수직한 방향으로 교번적으로 배치되는 복수개의 하부 n형 반도체 및 하부 p형 반도체와;
    상기 하부기판과 상기 상부기판으로 전원을 공급하여 상기 하부기판과 상기 상부기판에서 열기 또는 냉기가 발생되도록 하는 전원공급부를 포함하며,
    상기 중간기판에는 복수개의 연결홀이 관통형성되고,
    상기 연결홀에는 상기 중간기판의 상부와 하부에 마주보게 배치된 하부 p형 반도체 및 상부 p형 반도체와, 하부 n형 반도체 및 상부 n형 반도체를 서로 전기적으로 연결하는 전선이 구비되는 것을 특징으로 하는 열전소자조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부기판과 상기 중간기판 사이의 공간, 상기 중간기판과 상기 하부기판 사이의 공간 중 적어도 어느 하나에 절연체가 구비되는 것을 특징으로 하는 열전소자조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부기판과 상기 중간기판 사이의 공간, 상기 중간기판과 상기 하부기판 사이의 공간 중 적어도 어느 하나는 진공상태로 구비되는 것을 특징으로 하는 열전소자조립체.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 중간기판의 외주면에는 상기 상부기판과 상기 하부기판에서 각각 발생된 열기 또는 냉기가 상기 중간기판을 경유하여 이동되는 것을 차단하는 열차단판이 일정면적 연장되게 형성되는 것을 특징으로 하는 열전소자조립체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열차단판의 단부에서 상부방향으로 만곡되게 연장형성되어 상기 상부기판을 통해 상기 중간기판으로 이동된 냉기 또는 열기를 상기 상부기판으로 복귀시키는 상부복귀판과;
    상기 열차단판의 단부에서 하부방향으로 만곡되게 연장형성되어 상기 하부기판을 통해 상기 중간기판으로 이동된 냉기 또는 열기를 상기 하부기판으로 복귀시키는 하부복귀판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자조립체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 상부기판의 외주면에 상부방향으로 오목하게 만곡형성되어 상기 상부기판에서 발생되는 냉기 또는 열기를 상방향으로 안내하는 상부안내판과;
    상기 하부기판의 외주면에 하부방향으로 오목하게 만곡형성되어 상기 하부기판에서 발생되는 냉기 또는 열기를 하부방향으로 안내하는 하부안내판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자조립체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 중간기판은 상기 상부기판과 상기 하부기판 사이에 복수개가 서로 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 열전소자조립체.
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