KR20160143716A - 특히 자동차에서 전류를 발생시키도록 구성된 열전 장치 및 열전 모듈 - Google Patents

특히 자동차에서 전류를 발생시키도록 구성된 열전 장치 및 열전 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR20160143716A
KR20160143716A KR1020167030575A KR20167030575A KR20160143716A KR 20160143716 A KR20160143716 A KR 20160143716A KR 1020167030575 A KR1020167030575 A KR 1020167030575A KR 20167030575 A KR20167030575 A KR 20167030575A KR 20160143716 A KR20160143716 A KR 20160143716A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thermoelectric
connecting means
elements
electrical
active surface
Prior art date
Application number
KR1020167030575A
Other languages
English (en)
Inventor
볼스 세드릭 드
Original Assignee
발레오 시스템므 떼르미끄
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 발레오 시스템므 떼르미끄 filed Critical 발레오 시스템므 떼르미끄
Publication of KR20160143716A publication Critical patent/KR20160143716A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/81—Structural details of the junction
    • H10N10/817—Structural details of the junction the junction being non-separable, e.g. being cemented, sintered or soldered
    • H01L35/08—
    • H01L35/12—
    • H01L35/32—
    • H01L35/34—
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/85—Thermoelectric active materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/85—Thermoelectric active materials
    • H10N10/851—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • H10N10/855—Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising compounds containing boron, carbon, oxygen or nitrogen

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

본 발명은 제 1 및 제 2 액티브 면(5, 6)으로 불리는 그 두 개의 면 사이에 존재하는 온도 구배의 작용 하에 전류를 발생시킬 수 있는 제 1 및 제 2 열전 소자로 불리는 적어도 2개의 열전 소자(3, 4)를 포함하는 열전 장치(1)에 관한 것이며, 상기 장치는 두 개의 열전 소자(3, 4)를 전기적으로 직렬 연결하는 제 1 전기 접속 수단(21), 및 장치의 두 개의 열전 소자(3, 4) 중 하나를 제 3 열전 소자(3, 4)와 전기적으로 직렬 연결하도록 구성된 제 2 전기 접속 수단(22)을 포함하고, 제 1 전기 접속 수단(21) 및 제 2 전기 접속 수단(22, 42)은 상기 제 1 및 제 2 열전 소자의 소결에 의해 제 1 및 제 2 열전 소자(3)에 접합된다. 본 발명은 또한 복수의 상기 열전 장치(1)를 포함하는 열전 모듈(20) 및 상기 장치와 모듈을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

특히 자동차에서 전류를 발생시키도록 구성된 열전 장치 및 열전 모듈{THERMOELECTRIC DEVICE AND THERMOELECTRIC MODULE, ESPECIALLY INTENDED TO GENERATE AN ELECTRIC CURRENT IN AN AUTOMOTIVE VEHICLE}
본 발명은 특히 자동차에서 전류를 발생시키도록 구성된 열전 장치 및 이러한 장치를 포함하는 열전 모듈에 관한 것이다.
자동차 분야에서는, 제벡(Seebeck) 효과로 알려진 현상에 의해, 액티브 면으로 불리는 두 개의 대향 면 사이에 온도 구배가 존재할 때 전류를 발생시킬 수 있는 열전 소자로 불리는 소자를 사용하는 열전 장치가 이미 제안되어 있다. 이들 장치는 엔진의 배기 가스를 순환시키기 위한 제 1 회로, 및 냉각 회로의 열전달 유체를 순환시키기 위한 제 2 회로를 포함한다. 열전 소자는 고온의 배기 가스와 저온의 냉각 유체 사이의 온도차에 기인하는 온도 구배를 겪도록 제 1 회로와 제 2 회로 사이에 배치된다.
전기 모듈은 하나의 열전 소자의 액티브 면으로부터 다른 열전 소자의 액티브 면으로 전기를 전달하기 위해 열전 소자의 액티브 면 상에 배치되는 전기 트랙을 포함한다. 전기 트랙은 브레이징(brazing)에 의해 열전 소자에 조립된다. 그러나, 이를 달성하기 위해서는, 모든 부품을 고온으로 가열할 필요가 있다. 하지만, 열전 소자와 전기 트랙은 고온에 노출될 때 똑같이 팽창되지 않으며, 열전 소자와 전기 접속 수단 사이의 팽창 차이의 효과는 따라서 조립체에 고장을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 목적은 상기 상황을 개선하는 것이다.
이 목적을 위해서, 본 발명은 제 1 액티브 면과 제 2 액티브 면으로 불리는 그 두 개의 면 사이에 존재하는 온도 구배의 작용으로 인해 전류를 발생시킬 수 있는 제 1 열전 소자 및 제 2 열전 소자로 불리는 적어도 2개의 열전 소자를 포함하는 열전 장치를 제공하며, 상기 장치는 두 개의 열전 소자를 전기적으로 직렬 연결하는 제 1 전기 접속 수단, 및 장치의 두 개의 열전 소자 중 하나를 제 3 열전 소자와 전기적으로 직렬 연결하도록 구성된 제 2 전기 접속 수단을 포함하고, 제 1 전기 접속 수단 및 제 2 전기 접속 수단과 제 1 열전 소자 및 제 2 열전 소자의 접합은 상기 제 1 열전 소자와 제 2 열전 소자의 소결에 의해 달성된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 소결에 의해 조립되는, 즉 브레이징에 의한 조립과 관련된 응력을 받지 않고 조립되는 열전 소자 및 전기 접속 수단을 포함하는 열전 장치가 얻어진다. 본 발명에 따른 장치는 또한, 특히 제 2 전기 접속 수단에 의해 다른 열전 소자에 조립될 수 있고 및/또는 소결에 의해 또는 다른 조립 방법, 특히 저온 브레이징에 의해 다른 열전 장치에 조립될 수 있으며, 따라서 온도 구배의 저온 측에 배치되도록 구성된 전기 접속 수단의 열 팽창을 덜 초래한다는 장점을 갖는다.
함께 또는 단독으로 고려될 수 있는 본 발명의 상이한 실시예에 따르면,
- 전류를 발생시키기 위해 제 1 액티브 면은 온도 구배의 고온 소스와 열 교환을 수행하도록 구성되고 제 2 액티브 면은 온도 구배의 저온 소스와 열 교환을 수행하도록 구성되며;
- 제 1 및 제 2 액티브 면은 적어도 하나의 측면에 의해 함께 연결되고, 제 1 전기 접속 수단은 제 1 및 제 2 열전 소자의 상호 대향하는 상기 측면들을 전기적으로 함께 연결하고 상기 액티브 면은 자유롭게 남겨두며;
- 상기 제 1 전기 접속 수단은 상기 측면의 상호 대향하는 두 부분을 함께 연결하고;
- 제 2 전기 접속 수단은 장치의 두 개의 열전 소자 중 하나의 다른 측면을 제 3 열전 소자의 측면에 전기적으로 연결하도록 구성되며;
- 제 1 전기 접속 수단은 제 1 또는 제 2 액티브 면에 인접한 지역에 배치되고;
- 제 1 전기 접속 수단은 제 1 및 제 2 열전 소자의 측면의 제 1 부분을 커버하며, 열전 장치는 제 1 및/또는 제 2 열전 소자의 상기 측면의 제 2 부분을 커버하는 제 1 전기 절연 소자를 포함하고;
- 제 1 및/또는 제 2 열전 소자에 대한 제 1 전기 절연 소자의 접합은 상기 제 1 및/또는 제 2 열전 소자의 소결에 의해 달성되며;
- 제 1 전기 절연 소자 및 제 1 전기 접속 수단은 제 1 및/또는 제 2 열전 소자의 상기 측면의 전체를 커버하고;
- 제 2 전기 접속 수단은 상기 제 1 또는 제 2 열전 소자의 상기 다른 측면의 제 1 부분을 커버하며 상기 열전 장치는 상기 다른 측면의 제 2 부분을 커버하는 제 2 전기 절연 소자를 포함하고;
- 제 2 전기 접속 수단은 제 1 열전 소자 또는 제 2 열전 소자의 제 1 또는 제 2 액티브 면에 인접한 지역에 배치되며;
- 제 1 열전 소자 및/또는 제 2 열전 소자에 대한 제 2 전기 절연 소자의 접합은 상기 제 1 및/또는 제 2 열전 소자의 소결에 의해 달성되고;
- 측면에 대해 수직하게 측정되는 제 1 전기 접속 수단 및/또는 제 2 전기 접속 수단의 두께는 300 마이크로미터 미만이며;
- 상기 제 1 전기 접속 수단은 장치의 열전 소자의 제 1 액티브 면들을 전기적으로 함께 연결하고 제 2 전기 접속 수단은 장치의 두 개의 열전 소자 중 하나의 제 2 액티브 면을 제 3 열전 소자의 제 2 액티브 면과 전기적으로 연결하도록 구성되며;
- 제 1 및/또는 제 2 열전 소자는 환형 형상을 갖고;
- 제 1 전기 절연 소자 및/또는 상기 제 1 전기 접속 수단은 환형 형상을 가지며;
- 상기 제 1 전기 접속 수단과 상기 전기 절연 소자는 동심적이고;
- 상기 제 1 전기 접속 수단은 상기 제 1 전기 절연 소자의 외주 부분 또는 내주 부분에 걸쳐서 배치된다. 따라서, 제 1 전기 접속 수단은 제 1 열전 소자의 측면과 접촉하는 제 1 전기 절연 소자의 제 1 측면 상에 및 제 2 열전 소자의 측면과 접촉하는 제 1 전기 절연 소자의 제 2 측면 상에 배치된다;
- 제 1 액티브 면은 내주면에 의해 형성되고 제 2 액티브 면은 외주면에 의해 형성되며;
- 제 1 열전 소자와 제 2 열전 소자는 제 1 열전 소자에 의해 발생되는 전위차가 온도 구배와 관련하여 제 2 열전 소자에 의해 발생되는 전위차와 반대되도록 구성되고;
- 제 1 열전 소자는 열팽창 계수 Y를 가지며, 제 2 열전 소자는 열팽창 계수 X를 갖고, X와 Y는 |Y-X|/X ≤ 15% 관계를 충족하며;
- 제 1 전기 접속 수단은 열팽창 계수 Z1을 가지며, X, Y, Z1은 |Z1-X|/X ≤ 15% 및 |Z1-Y|/Y ≤ 15% 관계를 충족하고;
- 제 2 전기 접속 수단은 열팽창 계수 Z2를 가지며, X, Y, Z2는 |Z2-X|/X ≤ 15% 및 |Z2-Y|/Y ≤ 15% 관계를 충족한다. 제 2 전기 접속 수단의 열팽창 계수는 예를 들어 제 1 전기 접속 수단의 열팽창 계수와 동일하다;
- 장치는 상기 제 2 전기 접속 수단이 동일한 장치의 전기 접속 수단 중 하나에 브레이징될 수 있도록 구성된다.
본 발명은 또한 전술한 것과 같은 열전 장치를 복수 포함하는 열전 모듈에 관한 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 복수의 열전 장치는 두 개의 인접한 열전 장치에 속하는 두 개의 제 2 전기 접속 수단의 브레이징에 의해 함께 조립된다.
실시예의 일 예에 따르면, 모듈은 복수의 열전 장치를 함께 조립하기 위한 브레이징 조인트를 포함하며, 브레이징 조인트는 300℃ 미만의 온도에서 브레이징되도록 구성된다.
본 발명은 또한, 전술한 것과 같은 열전 장치를 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 여기에서 제 1 열전 소자와 제 2 열전 소자는 제 1 전기 접속 수단 및 제 2 전기 접속 수단을 상기 제 1 및 제 2 열전 소자와 접합하기 위해 함께 소결된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 두 개의 열전 장치의 두 개의 제 2 전기 접속 수단은 함께 브레이징된다.
본 발명은 단지 비제한적 예로서 제공되는 하기 설명을 첨부 도면과 함께 고려할 때 보다 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 열전 장치의 분해 사시도이다.
도 2는 상호 분리된 도 1에 따른 여러 개의 장치와 본 발명에 따른 열전 모듈을 형성하기 위해 함께 조립된 도 1에 따른 여러 개의 장치의 분해 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 열전 모듈의 두 개의 변형예의 축단면 개략도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 전기 접속 수단 및 전기 절연 수단으로 구성되는 조립체의 실시예의 두 개의 변형예의 개략 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 열전 소자의 다른 형태의 개략 단면도이다.
도 1에 도시하듯이, 본 발명은 액티브 면(5, 6)으로 불리는 그 두 개의 면 사이에 존재하는 온도 구배의 작용으로 인해 전류를 발생시킬 수 있는 제 1 열전 소자(3) 및 제 2 열전 소자(4)를 포함하는 열전 장치(1)에 관한 것이다. 제 1 액티브 면(5)은 예를 들어 냉각 회로의 열전달 유체와 같은 저온 소스와 열 교환을 수행하도록 구성되고, 제 2 액티브 면(6)은 예를 들어 엔진의 배기 가스와 같은 저온 소스보다 높은 온도의 고온 소스와 열 교환을 수행하도록 구성된다. 제 1 열전 소자의 작동을 가능하게 하는 온도 구배는 저온 소스 및 고온 소스에 의해 생성되는 것을 여기에서 알 수 있다.
이들 열전 소자는, 온도 구배를 겪는 상기 액티브 면(5, 6) 사이에 연결되는 부하에서 전류가 생성될 수 있게 하는 제벡 효과에 의해 작동된다. 이러한 소자는 예를 들어 규화 마그네슘(Mg2Si)으로 제조된다.
제 1 열전 소자(3)는 예를 들어, 주어진 온도 구배에 놓일 때 포지티브로 불리는, 일 방향으로의 전위차 수립을 가능하게 하는, P형으로 불리는 제 1 형태의 것이며, 제 2 열전 소자(4)는 특히 동일한 온도 구배에 놓일 때 네거티브로 불리는, 반대 방향으로의 전위차 생성을 가능하게 하는, N형으로 불리는 제 2 형태의 것이다.
제 1 열전 소자(3)는 제 1 측면(11)과 제 2 측면(12)을 포함한다. 이들 측면(11, 12)의 각각은 제 1 액티브 면(5)을 제 2 액티브 면(6)에 연결한다. 측면(11, 12)은 상호 대향하여 배치된다.
도면에 도시된 발명의 실시예의 예에서, 제 1 열전 소자(3)는 환형 형상을 갖는다. 제 1 열전 소자(3)는 여기에서 단일 피스로 제조된 링에 의해 형성된다. 그러나 이는 링의 경사 부분을 각각 형성하는 여러 개의 부분에 의해 형성될 수도 있다.
저온 소스가 열전 요소(3) 내부에서 순환하고 고온 소스가 열전 소자(3) 외부에서 순환하는 도 1 내지 도 3에 도시된 예에서, 제 1 액티브 면(5)은 링의 내주면에 의해 형성되며 제 2 액티브 면(6)은 링의 외주면에 의해 형성된다. 한편, 도 4에 도시된 예에서, 저온 소스는 열전 소자(3) 외부에서 순환하고 고온 소스는 열전 소자(3) 내부에서 순환하며, 제 1 액티브 면(5)은 링의 외주면에 의해 형성되고 제 2 액티브 면(6)은 링의 내주면에 의해 형성된다.
양자의 경우에, 제 1 및 제 2 측면(11, 12)은 평탄하고, 특히 상호 평행하며, 이들 측면은 특히 링의 중심축에 수직한 평면에서 연장된다. 즉, 열전 소자를 형성하는 링은 장방형 환형 단면을 갖는다.
열전 장치(1)는 제 1 열전 소자(3)를 제 2 열전 소자(4)에 전기적으로 직렬 연결하는 제 1 전기 접속 수단(21)을 포함한다.
본 발명에 따른 열전 장치(1)는 또한 본 발명에 따른 열전 모듈을 형성하기 위해 제 2 열전 소자(4)를 특히 인접한 열전 장치(1)에 속하는 제 3 열전 소자(3, 4)에 전기적으로 직렬 연결하도록 구성된 제 2 전기 접속 수단(22, 42)을 포함한다. 제 2 열전 소자(4)는 특히 제 1 열전 소자(3)와 유사한 형상을 갖는다.
본 발명에 따르면, 제 1 열전 소자(3), 제 2 열전 소자(4), 제 1 전기 접속 수단(21) 및 제 2 전기 접속 수단(22, 42)은 소결에 의해 함께 조립된다. 따라서 제 1 및 제 2 열전 소자를 그 부분이 특히 금속 트랙 형태로 예비-성형되는 제 1 및 제 2 전기 접속 수단과 접합하는 것을 보장하는 것은 제 1 및 제 2 열전 소자를 형성하도록 구성된 재료를 소결하는 작업인 것을 알아야 한다.
소결은 열전 소자(3, 4)를 형성하는 분말 입자 사이, 하지만 또한 열전 소자(3, 4)와 전기 접속 수단(21, 22) 사이의 응집을 증가시키며 이는 또한 전기 접촉 저항을 최소로 감소시키는 것을 보장한다.
제 1 전기 접속 수단(21)은 여기에서 제 1 열전 소자(3)의 제 1 측면(11)의 제 1 부분에 배치되며, 제 1 열전 소자(3)를 제 2 열전 소자(4)의 제 2 측면(12)에 전기적으로 직렬 연결한다. 제 2 전기 접속 수단(22, 42)은 제 1 열전 소자(3)의 제 2 측면(12)에 배치되어 그 제 1 액티브 면(5)을 그 제 2 액티브 면(6)에 연결하거나, 제 2 열전 소자(4)의 제 1 측면(11)에 배치되어 그 제 1 액티브 면(5)을 그 제 2 액티브 면(6)에 연결한다. 본 발명에 따른 열전 장치는 또한 두 개의 제 2 전기 접속 수단을 포함할 수 있으며, 그 중 하나의 제 2 전기 접속 수단(22)은 제 1 열전 소자(3)의 제 2 측면(12)에 배치되어 그 제 1 액티브 면(5)을 그 제 2 액티브 면(6)에 연결하고, 다른 제 2 전기 접속 수단(42)은 제 2 열전 소자(4)의 제 1 측면(11)에 배치되어 그 제 1 액티브 면(5)을 그 제 2 액티브 면(6)에 연결한다.
제 1 및 제 2 전기 접속 수단(21, 22, 42)의 배열은 여기에서 상기 제 1 및 제 2 열전 소자(3, 4)의 액티브 면(5, 6)을 자유롭게 남겨둔다. 열전 소자의 측면 상의 이 배열은 따라서 전기적 교환으로부터 열 교환을 분리시킬 수 있고, 전기 접속 수단이 온도 구배를 수용하는, 열전 소자의 액티브 면 사이의 열 차단물로서 작용하지 못하게 하며, 저온 소스와 고온 소스가 이 구배를 생성한다.
유리하게, 열전 소자(3, 4)가 환형인 경우에는, 제 1 전기 접속 수단(21) 또한 환형이다.
제 1 접속 수단(21)이 배치되는 제 1 측면(11)의 제 1 부분은 제 2 액티브 면(6)에 인접한 부분, 즉 고온 소스에 인접한 부분이다.
이 경우에, 제 2 전기 접속 수단(22, 42)은 이들 수단이 제 1 액티브 면(6)에 인접하는 측면의 제 1 부분, 즉 저온 소스에 인접한 부분에 배치된다.
소결에 의한 조립 방법은 사실상, 제 1 전기 접속 수단(21)이 고온 소스 근처에, 즉 여기에서 제 1 및 제 2 열전 소자의 제 2 액티브 면(6) 근처에 배치될 때 특히 유리하다. 사실상, 소결에 의한 조립은 열전 소자에 대해 고온 브레이징보다 응력을 덜 가하고, 또한 특히 고온 소스가 배기 가스로 구성되는 경우에 고온 소스의 매우 높은 온도에 저항하며, 브레이징의 경우에는 항상 그렇지 않다. 따라서 본 발명은 고온 소스의 높은 작동 온도로 인한 조립체의 고장 위험을 제한할 수 있다.
본 발명에 따른 열전 장치(1)는, 전류가 인접한 열전 장치(1) 사이에서 및 인접한 열전 소자(3, 4) 사이에서 직렬로 순환할 수 있도록 도 2 내지 도 4에 도시하듯이 열전 모듈(20)을 형성하기 위해 다른 유사 장치(1)와 조립될 수 있다.
제 1 전기 접속 수단(21)을 제 2 액티브 면(6) 근처에 배치하고 제 2 전기 접속 수단(22)을 제 1 액티브 면(5) 근처에 배치하는 다른 구조에 의하면 전류는 다른 형태의 두 개의 인접한 열전 소자 사이에서 도 3 및 도 4에 도시된 화살표(26) 방향으로 직렬로 순환할 수 있다.
이것은 따라서 상기 열전 소자(3, 4)가 예를 들어 서로의 종방향 연장부에 특히 동축적으로 배치되고 P형의 열전 소자가 모듈의 종축에 평행한 방향으로 N형의 열전 소자와 교호되는 열전 모듈(20)을 초래한다. 특히, 이것들은 동일한 형상 및 크기를 갖는다. 그러나 이것들은 두께, 즉 여기에서 평탄하게 제공되는 그 측면 사이의 치수를 가질 수 있으며, 이는 특히 그 전기 전도율에 따라서 형태마다 다르다.
두 개의 열전 장치(1)의 조립은 도 3 및 도 4에 도시된 각 장치의 두 개의 전기 접속 수단(22, 42)에 의해 유리하게 수행된다.
전술했듯이, 제 2 전기 접속 수단(22)이 배치되는 부분은 고온 소스로부터 멀리 위치하고 따라서 매우 높은 온도를 겪지 않는다. 두 개의 전기 접속 수단(22)에 의한 두 개의 인접한 열전 장치(1)의 조립은 따라서 저온에서, 즉 300℃ 미만의 온도에서 실행되는 브레이징 방법에 의해 수행될 수 있다. 브레이징은 열전 장치(1)의 제 2 전기 접속 수단(22, 42)과 인접한 열전 장치(1)의 제 2 전기 접속 수단(22, 42) 사이에서, 특히 브레이징 조인트(25)의 도움으로 수행된다. 브레이징 조인트는 300℃ 미만의 온도에서 브레이징을 허용하도록 구성된다. 이 저온 브레이징 방법에 의하면, 전기 접속 수단(21, 22) 및 열전 소자(3, 4)는, 고온 브레이징에 의해 도달되고 상당한 열 팽창 및 후속 수축을 초래하여 전기 접속 수단(21, 22)과 열전 소자(3, 4) 사이의 기계적 링크의 취약화를 초래하게 될 매우 높은 온도를 겪는 것을 피할 수 있다. 이 조립 방법은 다량의 에너지의 사용을 요구하는 고온 브레이징 방법보다 에너지를 덜 사용하기 때문에 더욱 더 흥미롭다.
따라서 본 발명은 제 1 전기 접속 수단 및 제 2 전기 접속 수단을 열전 소자와 조립하기 위한 소결 방법과, 이후 제 2 전기 접속 수단을 다른 제 2 전기 접속 수단과 조립하기 위한 저온 브레이징을 사용할 수 있으며, 고온 브레이징 방법의 사용을 피할 수 있다.
도 3에 도시된 실시예의 예에서, 저온 유체는 화살표 100으로 도시하듯이 열전 소자(3, 4)의 내부에서 순환하며, 고온 유체는 화살표 110으로 도시하듯이 열전 소자의 외부에서 순환한다. 따라서 제 1 전기 접속 수단(21)은 여기에서 이것들이 설치되는 측면(11, 12)의 외주 지역의 구역에 배치된다. 제 2 전기 접속 수단(22)은 이것들이 설치되는 측면(11, 12)의 내주 지역의 구역에 배치된다.
역으로, 도 4에 도시된 실시예의 예에서, 저온 유체는 화살표 100으로 도시하듯이 열전 소자(3, 4)의 외부에서 순환하며, 고온 유체는 화살표 110으로 도시하듯이 열전 소자의 내부에서 순환한다. 따라서 제 1 전기 접속 수단(21)은 여기에서 이것들이 설치되는 측면(11, 12)의 내주 지역의 구역에 배치된다. 제 2 전기 접속 수단(22)은 이것들이 설치되는 측면(11, 12)의 외주 지역의 구역에 배치된다.
유체의 순환을 위해, 본 발명에 따른 모듈은 상기 열전 소자(3, 4) 내부에서 유체를 순환시키기 위한 덕트(7)를 포함할 수 있다. 상기 액체 순환 덕트(7)는 예를 들어 원형 단면을 갖는다.
본 발명에 따른 열전 장치(1)는 제 1 전기 접속 수단(21)이 설치되는 측면의 제 2 부분을 커버하는 제 1 전기 절연 소자(31)를 포함할 수 있다. 유리하게, 제 1 전기 절연 소자(31) 및 제 1 전기 접속 수단(21)은 제 1 열전 소자(3)의 상기 제 1 측면 전체를 특히 동심적으로 커버한다.
제 1 전기 절연 소자(31)는 소결에 의해 제 1 열전 소자(3) 상에 조립된다. 이는 열전 장치(1)의 조립 중에 소결에 의해 제 2 열전 소자(4) 상에 조립될 수도 있다.
도 5 및 도 6에 도시하듯이, 제 1 전기 절연 소자(31)가 환형 형상을 가질 때, 상기 제 1 전기 접속 수단(21)은 제 1 열전 소자와 접촉하는 제 1 전기 절연 소자(31)의 제 1 측면(33) 상에 및 제 2 열전 소자의 제 2 측면과 접촉하도록 구성된 제 1 전기 절연 소자(31)의 제 2 측면(34) 상에 배치되도록 제 1 전기 절연 소자(31)의 외주 부분(35) 또는 내주 부분(36)에 걸쳐서 배치될 수 있다. 제 1 전기 접속 수단(21)은 이 목적을 위해 U형 단면을 갖는다.
도 1에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 열전 장치(1)는 제 2 전기 접속 수단이 설치되는 측면의 제 2 부분을 커버하는 제 2 전기 절연 소자(32)를 추가로 포함한다. 제 2 접속 수단(22)은 특히 소결에 의해 제 1 열전 소자 상에 또는 제 2 열전 소자 상에 조립된다.
제 1 전기 접속 수단(21) 및 제 1 전기 절연 소자(31)와 마찬가지로, 제 2 전기 접속 수단(22) 및 제 2 전기 절연 소자(32)는 이것들이 설치되는 측면의 전체를 유리하게 특히 동심적으로 커버한다.
제 1 전기 접속 수단(21)과 마찬가지로, 상기 제 2 전기 접속 수단(22)은 제 1 또는 제 2 열전 소자와 접촉하는 제 2 전기 절연 소자(32)의 제 1 측면(33) 상에 및 저온 브레이징 이후 인접한 열전 장치(1)의 제 2 전기 접속 수단의 측면과 접촉하도록 구성된 제 2 전기 절연 소자(32)의 제 2 측면(34) 상에 배치되도록 제 2 전기 절연 소자(32)의 외주 부분(35) 또는 내주 부분(36)에 걸쳐서 배치될 수 있다. 제 2 전기 접속 수단(22)은 이 목적을 위해 U형 단면을 갖는다.
열전 장치(1)의 제 1 전기 접속 수단(21)이 제 1 전기 절연 소자(31)의 외주에 배치될 때 동일한 열전 장치(1)의 제 2 전기 접속 수단(22)은 동일한 열전 장치(1)에 속하는 제 2 전기 절연 소자(31)의 내주에 배치되며 반대의 경우도 마찬가지임을 알 수 있다.
도 7은 열전 소자(3, 4)의 외부 기하 형태 및/또는 내부 기하 형태가 열전 모듈의 양호한 효율을 보장하는 한편으로 열전 모듈의 치수 요건에 최대한 합치되도록 변경되는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다.
상기 열전 소자의 외부 및/또는 내부 형태는 예를 들어 원형, 사변형, 타원형 또는 이들 상이한 형태의 조합일 수 있다.
유리하게, 제 1 열전 소자(3)는 열팽창 계수 Y를 갖고, 제 2 열전 소자(4)는 열팽창 계수 X를 가지며, X와 Y는 |Y-X|/X ≤ 15% 관계를 충족한다. 제 1 전기 접속 수단(21) 및 제 2 전기 접속 수단(22)은 또한 열팽창 계수 Z1, Z2를 가지며 X, Y, Z1, Z2는 |Z1-X|/X ≤ 15%, |Z1-Y|/Y ≤ 15%, |Z2-X|/X ≤ 15%, |Z2-Y|/Y ≤ 15% 관계를 충족한다. 한편으로 제 1 열전 소자(3)와 제 2 열전 소자(4) 사이 및 다른 한편으로 전기 접속 수단(21, 22)과 열전 소자(3, 4) 사이의 열팽창 계수의 작은 차이는 이들 소자의 소결이 개선될 수 있게 하며, 특히 일단 조립되면 장치(1)의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.
제 1 전기 접속 수단(21) 및 제 2 전기 접속 수단(22)은 특히 동일한 재료로 제조된다. 마찬가지로, 제 1 및 제 2 전기 절연 소자는 특히 동일한 재료로 제조된다.
본 발명은 또한, 도시되지 않았지만, 제 1 전기 접속 수단(21)이 장치(1)의 열전 소자(3, 4)의 제 1 액티브 면(5)을 전기적으로 함께 연결하며 제 2 전기 접속 수단(22)은 장치의 두 개의 열전 소자 중 하나의 제 2 액티브 면(6)을 다른 열전 소자의 제 2 액티브 면(6)과 함께 전기적으로 연결하도록 구성되는 실시예에 관한 것이다.

Claims (19)

  1. 제 1 액티브 면(5)과 제 2 액티브 면(6)으로 불리는 그 두 개의 면 사이에 존재하는 온도 구배의 작용으로 인해 전류를 발생시킬 수 있는 제 1 열전 소자 및 제 2 열전 소자로 불리는 적어도 2개의 열전 소자(3, 4)를 포함하는 열전 장치(1)에 있어서,
    상기 장치는 두 개의 열전 소자(3, 4)를 전기적으로 직렬 연결하는 제 1 전기 접속 수단(21), 및 장치의 두 개의 열전 소자(3, 4) 중 하나를 제 3 열전 소자(3, 4)와 전기적으로 직렬 연결하도록 구성된 제 2 전기 접속 수단(22, 42)을 포함하고, 제 1 전기 접속 수단(21) 및 제 2 전기 접속 수단(22, 42)과 제 1 열전 소자(3) 및 제 2 열전 소자(4)의 접합은 상기 제 1 및 제 2 열전 소자의 소결에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는
    열전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    전류를 발생시키기 위해 제 1 액티브 면(5)은 온도 구배의 고온 소스(110)와 열 교환을 수행하도록 구성되고 제 2 액티브 면(6)은 온도 구배의 저온 소스(110)와 열 교환을 수행하도록 구성되며;
    제 1 액티브 면(5)과 제 2 액티브 면(6)은 적어도 하나의 측면(11, 12)에 의해 함께 연결되고, 제 1 전기 접속 수단(21)은 제 1 열전 소자(3) 및 제 2 열전 소자(4)의 상호 대향하는 상기 측면들을 전기적으로 함께 연결하고 상기 액티브 면(5, 6)은 자유롭게 남겨두는 것을 특징으로 하는
    열전 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    제 2 전기 접속 수단(22)은 장치의 두 개의 열전 소자(3, 4) 중 하나의 다른 측면(11, 12)을 제 3 열전 소자(3, 4)의 측면(11, 12)에 전기적으로 연결하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    열전 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    제 1 전기 접속 수단(21)은 제 1 액티브 면(5) 또는 제 2 액티브 면(6)에 인접한 지역에 배치되는 것을 특징으로 하는
    열전 장치.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 전기 접속 수단(21)은 제 1 및 제 2 열전 소자(3, 4)의 측면(11, 12)의 제 1 부분을 커버하며, 열전 장치(1)는 제 1 열전 소자(3) 및/또는 제 2 열전 소자(4)의 상기 측면(11, 12)의 제 2 부분을 커버하는 제 1 전기 절연 소자(31)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    열전 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    제 1 열전 소자(3) 및/또는 제 2 열전 소자(4)에 대한 제 1 전기 절연 소자(31)의 접합은 상기 제 1 및/또는 제 2 열전 소자의 소결에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는
    열전 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    제 1 전기 절연 소자(31) 및 제 1 전기 접속 수단(21)은 제 1 및/또는 제 2 열전 소자(3, 4)의 상기 측면(11, 12)의 전체를 커버하는 것을 특징으로 하는
    열전 장치.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전기 접속 수단(21)은 제 1 전기 절연 소자(31)의 외주 부분 또는 내주 부분에 걸쳐서 배치되는 것을 특징으로 하는
    열전 장치.
  9. 제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 전기 접속 수단은 상기 제 1 또는 제 2 열전 소자의 상기 다른 측면의 제 1 부분을 커버하며 상기 열전 장치는 상기 다른 측면(11, 12)의 제 2 부분을 커버하는 제 2 전기 절연 소자(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    열전 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    제 2 전기 접속 수단(22)은 제 1 열전 소자(3) 또는 제 2 열전 소자(4)의 제 1 또는 제 2 액티브 면(5, 6)에 인접한 지역에 배치되는 것을 특징으로 하는
    열전 장치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    제 1 열전 소자(3) 및/또는 제 2 열전 소자(4)에 대한 제 2 전기 절연 소자(32)의 접합은 상기 제 1 및/또는 제 2 열전 소자의 소결에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는
    열전 장치.
  12. 제 2 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    측면에 대해 수직하게 측정되는 제 1 전기 접속 수단(21) 및/또는 제 2 전기 접속 수단(22)의 두께는 300 마이크로미터 미만인 것을 특징으로 하는
    열전 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 및/또는 제 2 열전 소자(3, 4)는 환형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는
    열전 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    제 1 액티브 면(5)은 내주면에 의해 형성되고 제 2 액티브 면(6)은 외주면에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는
    열전 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    장치(1)는 상기 제 2 전기 접속 수단(22, 42)이 동일한 장치의 전기 접속 수단 중 하나에 브레이징될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    열전 장치.
  16. 열전 모듈(20)에 있어서,
    제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 열전 장치(1)를 복수 포함하는 열전 모듈.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 열전 장치(1)는 두 개의 인접한 열전 장치(1)에 속하는 두 개의 제 2 전기 접속 수단(22)의 브레이징에 의해 함께 조립되는 것을 특징으로 하는
    열전 모듈.
  18. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 열전 장치를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    제 1 열전 소자(3)와 제 2 열전 소자(4)는 제 1 전기 접속 수단 및 제 2 전기 접속 수단을 상기 제 1 및 제 2 열전 소자와 접합하기 위해 함께 소결되는 것을 특징으로 하는
    열전 장치 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 두 개의 열전 장치(1)의 두 개의 제 2 전기 접속 수단은 함께 브레이징되는 것을 특징으로 하는
    열전 장치 제조 방법.
KR1020167030575A 2014-04-03 2015-04-03 특히 자동차에서 전류를 발생시키도록 구성된 열전 장치 및 열전 모듈 KR20160143716A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1452971 2014-04-03
FR1452971A FR3019681B1 (fr) 2014-04-03 2014-04-03 Dispositif thermo electriques et module thermo electrique, notamment destines a generer un courant electrique dans un vehicule automobile
PCT/EP2015/000725 WO2015149952A1 (fr) 2014-04-03 2015-04-03 Dispositif thermo electriques et module thermo electrique, notamment destines a generer un courant electrique dans un vehicule automobile

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160143716A true KR20160143716A (ko) 2016-12-14

Family

ID=51830374

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167030575A KR20160143716A (ko) 2014-04-03 2015-04-03 특히 자동차에서 전류를 발생시키도록 구성된 열전 장치 및 열전 모듈

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20170110647A1 (ko)
EP (1) EP3127171A1 (ko)
JP (1) JP2017513227A (ko)
KR (1) KR20160143716A (ko)
CN (1) CN106463601A (ko)
FR (1) FR3019681B1 (ko)
WO (1) WO2015149952A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3044471B1 (fr) * 2015-11-30 2018-07-27 Valeo Systemes Thermiques Connecteur electrique pour relier des elements thermoelectriques et absorber leurs contraintes
KR102056149B1 (ko) * 2017-11-21 2019-12-17 한밭대학교 산학협력단 곡면형 열전소자의 제조방법
KR102485351B1 (ko) * 2018-07-31 2023-01-05 현대자동차주식회사 열전 변환 모듈 및 열전 변환 모듈 시스템

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3779814A (en) * 1972-12-26 1973-12-18 Monsanto Co Thermoelectric devices utilizing electrically conducting organic salts
JP2003332644A (ja) * 2002-05-16 2003-11-21 Komatsu Ltd 熱電モジュール製造方法および熱電モジュール製造用治具
JP4305252B2 (ja) * 2004-04-02 2009-07-29 株式会社デンソー 排熱回収装置
JP2006294738A (ja) * 2005-04-07 2006-10-26 Hitachi Metals Ltd 管状熱電モジュールおよびそれを用いた熱電変換装置並びに管状熱電モジュールの製造方法
JP2012044133A (ja) * 2010-08-18 2012-03-01 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd 熱電モジュール及びその製造方法
EP2439799B1 (de) * 2010-10-05 2015-04-15 Siemens Aktiengesellschaft Thermoelektrischer Wandler und Wärmetauscherrohr
FR2976125B1 (fr) * 2011-06-01 2014-01-10 Michel Simonin Procede de fabrication d'elements thermo electriques et elements thermo electriques obtenus par un tel procede.

Also Published As

Publication number Publication date
FR3019681B1 (fr) 2017-08-25
US20170110647A1 (en) 2017-04-20
JP2017513227A (ja) 2017-05-25
CN106463601A (zh) 2017-02-22
WO2015149952A1 (fr) 2015-10-08
EP3127171A1 (fr) 2017-02-08
FR3019681A1 (fr) 2015-10-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5785763B2 (ja) 熱転送装置および製造方法
US9865788B2 (en) Thermoelectric device, in particular thermoelectric generator or heat pump
JP5926261B2 (ja) 封止要素を有する自動車の熱電発電装置のための熱電モジュール
JPH1052077A (ja) 熱電モジュール
KR101523445B1 (ko) 열전기 모듈용 반도체 소자 및 상기 반도체 소자를 만들기 위한 방법
KR20030064292A (ko) 열전모듈
JP2014514904A (ja) 熱電クラスター、それを動作させるための方法、それに基づく熱電駆動部、発電機（変形）およびヒートポンプ（変形）に前記クラスターでの能動素子を接続するためのデバイス
US20140216514A1 (en) Thermoelectric module and device, particularly for generating an electric current in a motor vehicle
US9293679B2 (en) Thermoelectric module for a thermoelectric generator of a vehicle and vehicle having thermoelectric modules
JP2010245265A (ja) 熱電モジュール
KR20160143716A (ko) 특히 자동차에서 전류를 발생시키도록 구성된 열전 장치 및 열전 모듈
US10825976B2 (en) Thermoelectric device and methods for manufacture and use
JP2004088057A (ja) 熱電モジュール
JP2014500618A (ja) 車両の熱電発生器用の熱電モジュール
JP6161688B2 (ja) 熱電モジュール用の半導体素子および熱電モジュール
US20190035998A1 (en) Electrical connector for connecting thermoelectric elements and absorbing the stress thereof
JP2018093152A (ja) 熱発電デバイス
US20150357547A1 (en) Thermoelectric Device, A Thermoelectric Module Comprising Such A Thermoelectric Device And A Method For Producing Such A Thermoelectric Device
CN105705762A (zh) 热电模块、热电装置、换热器和egr回路
US11557707B2 (en) Thermoelectric power-generation device
JP2019140294A (ja) 熱電変換装置及びその製造方法
US20160190419A1 (en) Thermoelectric Module, In Particular Intended To Generate An Electric Current In A Motor Vehicle
FR3019680A1 (fr) Dispositif thermo electriques et module thermo electrique, notamment destines a generer un courant electrique dans un vehicule automobile

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
WITB Written withdrawal of application