KR20170005222A

KR20170005222A - 열전모듈 조립체

Info

Publication number: KR20170005222A
Application number: KR1020150094080A
Authority: KR
Inventors: 안호찬; 선종호
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2015-07-01
Filing date: 2015-07-01
Publication date: 2017-01-12
Also published as: CN106328800A; US20170005254A1

Abstract

서로 연속적으로 연결된 다수개의 열전소자 및 열전소자에 연결된 양극단자와 음극단자를 갖는 열전모듈을 포함하며, 상기 열전모듈은 복수개 마련되고, 각각의 열전모듈이 인접하게 배치되어 둘레부를 따라 복수개의 양극단자 또는 음극단자가 마련된 열전모듈 구성체;를 포함하는 열전모듈 조립체가 소개된다.

Description

열전모듈 조립체{Assembly of a thermoelectric module}

본 발명은 열전모듈 조립체에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 복수개의 열전모듈간의 용이한 연결이 가능한 열전모듈 조립체에 관한 것이다.

열전모듈은 이형 반도체를 서로 접합시켜 이루어진 열전소자를 다수개 연속적으로 연결하여 이루어진 것으로써, 대상물의 냉각 또는 가열을 위해 사용하거나 또는 온도 변화를 전류로 변환시키는데 사용된다.

구체적으로 상기 열전소자는 펠티어 효과(Peltier effect) 또는 제벡 효과(Seebeck effect)를 이용한 소자로써, 펠티어 효과는 서로 다른 반도체를 접합 시킨 뒤 통전시키면 일측면에서는 흡열이, 타측면에서는 발열이 이루어지게 되는 원리이며, 반대로 제벡 효과는 이종 반도체를 접합 시킨 뒤 각 반도체에 서로 다른 온도를 가하게 되면 온도의 불평형에 의해 기전력이 발생되는 원리이다. 상기한 특성을 이용하여 일반적으로 소형 냉각기 등에는 상기 열전모듈이 이용되며 발열면에 방열기를 부착하여 냉각면의 냉각효율을 더욱 증대시킴으로써 냉각기의 기능을 수행할 수 있도록 구성되어 있다. 또한 반대로 온도 편차를 이용하여 발전을 수행하는 발전기도 구성할 수 있다.

이러한 열전모듈은 흡열 내지는 가열 또는 발전하고자 하는 대상에 따라 하나 또는 복수개가 연결되어 이루어질 수 있는데, 넓은 면적에 걸쳐서 열전모듈을 사용하고자 하는 경우 종래에는 하나의 열전모듈의 크기를 키우거나 도 1과 같이 복수개의 열전모듈(1)을 서로 직렬로 연결하여 적용범위를 확대시키는 방법이 사용되어 왔다.

하지만, 상기한 경우 하나의 방향으로만 전원 공급 내지는 송출 와이어가 노출되어 복수개의 열전모듈을 연결하는 경우 한 방향으로만 배치될 수 밖에 없는 문제점이 있어왔으며, 열전모듈과 열전모듈을 연결하는 와이어의 노출 빈도가 증가되어 단선, 열해 등의 안정성 문제가 발생될 수 있었다. 또한 연결을 위한 와이어 수의 증가로 인해 비용이 증가되는 문제가 있어 왔던 것이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

(특허문헌1)KR10-2007-0025801A

본 발명은 이러한 문제점을 해결 하기 위하여 제안된 것으로, 복수개의 열전모듈간의 조립성을 향상시켜 열전모듈 간 다양한 형태의 조립을 가능하게 하고, 열전모듈간 단선 발생 가능성을 낮추는 열전모듈 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열전모듈 조립체는 서로 연속적으로 연결된 다수개의 열전소자 및 열전소자에 연결된 양극단자와 음극단자를 갖는 열전모듈을 포함하며, 상기 열전모듈은 복수개 마련되고, 각각의 열전모듈이 인접하게 배치되어 둘레부를 따라 복수개의 양극단자 또는 음극단자가 마련된 열전모듈 구성체;를 포함한다.

열전모듈 구성체에 결합되고, 열전모듈의 양극단자와 음극단자를 상호 연결시키는 통전모듈을 더 포함할 수 있다.

통전모듈은 열전모듈 구성체의 둘레부에 마련된 다수개의 양극단자와 음극단자를 상호 연결시킬 수 있다.

열전모듈 구성체는 복수개 마련되고, 통전모듈은 서로 다른 열전모듈 구성체에 마련된 양극단자와 음극단자를 서로 연결시킬 수 있다.

열전모듈의 단자와 통전모듈을 연결하는 커넥터가 더 마련되고, 커넥터는 양단부가 각각 열전모듈의 단자 또는 통전모듈의 단자에 결합되며, 양단부 중 적어도 어느 하나의 단부는 열전모듈 또는 통전모듈에 탈착 가능하게 결합될 수 있다.

커넥터 일단부는 볼 형상으로 형성되고, 커넥터의 일단부가 삽입되는 열전모듈 단자 또는 통전모듈 단자는 커넥터를 수용하고 감싸도록 일측이 개구된 하우징 형상일 수 있다.

커넥터의 일단부가 삽입되는 열전모듈 단자 또는 통전모듈 단자에는 커넥터 일단부의 삽입시 변형되었다가 삽입 후 탄성 복원되어 커넥터 일단부가 이탈되지 않도록 가압하는 탄성돌기;가 더 형성될 수 있다.

커넥터의 양단부 중 다른 하나의 단부는 T 형상으로 형성되며, 열전모듈 단자 또는 통전모듈 단자에 회전 가능하게 결합될 수 있다.

열전모듈 구성체는 각 열전모듈의 측부가 서로 접합되어 일체로 형성되고, 다각형 형상의 둘레부를 가지며, 하나의 사면에는 양극단자와 음극단자가 마련되되 각 단자는 서로 다른 열전모듈에 속하는 단자일 수 있다.

통전모듈은 열전모듈 구성체의 양극단자와 음극단자에 결합되되 각각의 단자는 서로 다른 열전모듈에 속하는 단자일 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 열전모듈 조립체에 따르면, 열전모듈간의 조립성을 향상시켜 열전모듈 간 다양한 형태의 조립이 가능해 진다.

또한, 열전모듈과 열전모듈 사이에 단선 발생 가능성을 낮출 수 있다.

이에 더해, 단순한 연결을 통해 전체 시스템이 간결해 질 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래의 서로 연결된 복수개의 열전모듈을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전모듈 조립체의 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전모듈 구성체를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터를 도시한 도면.
도 5는 커넥터와 단자의 결합 모습을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전모듈 조립체의 활용예를 도시한 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 열전모듈 조립체에 대하여 살펴본다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전모듈 조립체의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전모듈 구성체를 도시한 도면으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전모듈 조립체는 도 2와 같이 서로 연속적으로 연결된 다수개의 열전소자(111) 및 열전소자(111)에 연결된 양극단자(+)와 음극단자(-)를 갖는 열전모듈(110)을 포함하며, 상기 열전모듈(110)은 복수개 마련되고, 각각의 열전모듈(110)이 인접하게 배치되어 둘레부를 따라 복수개의 양극단자(+) 또는 음극단자(-)가 마련된 열전모듈 구성체(100);를 포함한다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이 열전모듈 구성체(100)에 결합되고, 열전모듈(110)의 양극단자(+)와 음극단자(-)를 상호 연결시키는 통전모듈(200)을 더 포함할 수 있다.

구체적으로 도 3에 도시된 바와 같이 상기 열전모듈 구성체(100)는 각 열전모듈(110)의 측부가 서로 접합되어 일체로 형성된 구성체로써, 각각의 열전모듈(110)은 서로 다른 열전소자(111) 배열을 가지거나 열전모듈(110) 일부 또는 전체가 동일한 열전소자(111) 배열을 가지도록 형성될 수 있다. 각각의 열전모듈(110)은 상기한 바와 같이 다른 열전모듈(110)과는 독립적인 양극단자(+) 및 음극단자(-)를 가질 수 있고, 바람직하게는 각 열전모듈(110)의 단자들이 열전모듈 구성체(100)의 둘레부를 따라 배열되어 상기 통전모듈(200)과 결합관계를 가질 수 있다.

각각의 열전모듈(110)은 다양한 형태로 이루어질 수 있으나 바람직하게는 다각형 형상을 이루도록 형성될 수 있고, 더 나아가 열전모듈 구성체(100) 또한 다양한 형태로 이루어질 수 있으나 다각형 형상의 둘레부를 갖도록 형성됨이 바람직하다.

상기 열전모듈 구성체(100)가 다각형 형상으로 이루어짐에 따라 통전모듈(200)과의 조립이 용이하고, 열전모듈 구성체(100)와 통전모듈(200)간의 이격이 발생되지 않을 수 있으며, 통전모듈(200)을 매개로 다른 열전모듈 구성체(100)와의 결합시에도 용이한 결합이 가능하게 된다.

이에 더해, 상기 열전모듈 구성체(100)는 다각형 형상으로 이루어져 다수개의 사면을 가질 수 있는데, 하나의 사면에는 양극단자(+)와 음극단자(-)가 마련되되 각 단자는 서로 다른 열전모듈(110)에 속하는 단자가 되도록 배치됨이 바람직하다.

따라서, 상기 통전모듈(200)과 열전모듈 구성체(100)의 조립시 통전모듈(200)의 형태에 따라 하나의 열전모듈 구성체(100)에 포함된 서로 다른 열전모듈(110)이 서로 직렬 연결되어 상호 통전이 가능하게 될 수 있다.

또한, 하나의 열전모듈(110)에 속한 양극단자(+)와 음극단자(-)가 서로 다른 사면에 위치되기 때문에 하나의 열전모듈(110)은 적어도 두 개의 열전모듈(110)과 연결될 수 있으며, 따라서 열전모듈(110)간의 확장성 및 연결성이 향상될 수 있는 효과가 발생되는 것이다.

한편, 상기 통전모듈(200)에 대해 구체적으로 설명하자면, 상기 통전모듈(200)은 다양한 형태의 통전 모델을 가질 수 있다. 예컨데 한 가지 통전 모델은 전술한 바와 같이 열전모듈 구성체(100)의 둘레부에 마련된 서로 다른 열전모듈(110)의 양극단자(+)와 음극단자(-)를 상호 연결시키는 형태가 될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 열전모듈 구성체(100) 내의 열전모듈(110)을 연결시키는 통전모듈(a)의 경우 일측면과 타측면에 각각 서로 다른 열전모듈 구성체(100)가 결합될 수 있고, 각 면에는 열전모듈 구성체(100)의 양극단자(+) 또는 음극단자(-), 바람직하게는 같은 사면에 위치한 양극단자(+) 또는 음극단자(-)와 결합될 수 있도록 한 쌍의 단자가 마련되며, 한 쌍의 단자는 서로 연결되어 통전 가능하도록 이루어질 수 있다.

상기 모델의 통전모듈(200a)은 일측면과 타측면의 각 통전라인이 서로 독립적으로 이루어져 상호간에는 통전이 이루어지지 않도록 함이 바람직하다.

이에 더해, 또 다른 통전 모델은 복수개의 열전모듈 구성체(100)를 상호 통전시키는 형태인데, 열전모듈 구성체(100)는 복수개 마련되고, 통전모듈(200b)은 서로 다른 열전모듈 구성체(100)에 마련된 양극단자(+)와 음극단자(-)를 서로 연결시킬 수 있다.

상기 모델의 통전모듈(200b)은 열전모듈 구성체(100)와 결합하는 일측면과 타측면에 각각 한 쌍의 단자를 구비하고 서로 대응되는 일측면과 타측면의 단자를 상호 통전 가능하도록 연결함으로써 일측면에 결합된 열전모듈 구성체(100)가 통전모듈(b)을 관통하여 타측면에 결합된 열전모듈 구성체(100)와 통전 가능하게 될 수 있는 것이다.

상기한 통전모듈(200) 모델들은 실시예일 뿐이며, 열전모듈(110) 또는 열전모듈 구성체(100)의 형태에 따라 다른 형상과 통전 배열 형태를 가질 수 있으며, 단자 또한 결합되는 단자에 따라 또는 연결하고자 하는 목적 등에 따라 다양한 형태의 구현이 가능할 것이다.

또한, 상기 열전모듈 구성체(100)와 통전모듈(200) 간의 결합은 볼팅, 접합, 걸림결합, 체결 등 다양한 결합 수단을 이용해 이루어질 수 있다. 이는 설계자의 의도에 따라 다양한 설정이 가능할 것이다.

한편, 열전모듈 구성체(100)의 단자와 통전모듈(200)을 연결하는 커넥터(300)가 더 마련되고, 커넥터(300)는 양단부가 각각 열전모듈 구성체(100)의 단자 또는 통전모듈(200)의 단자에 결합되며, 양단부 중 적어도 어느 하나의 단부는 열전모듈 구성체(100) 또는 통전모듈(200)에 탈착 가능하게 결합될 수 있다.

구체적으로 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 커넥터를 도시한 도면으로써, 도 4의 (a)는 평면도이고 (b)는 (a)의 A-A단면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이 상기 커넥터(300)는 통전 가능한 바(bar) 또는 와이어 또는 열전모듈 구성체(100) 및 통전모듈(200)과 체결 수단을 이용해 결합 가능한 통전 수단이 될 수 있으며, 형태에 있어서는 다양한 실시예로서 구성이 가능하다.

또한 커넥터(300)는 일단부(310)가 볼 형상으로 형성될 수 있고, 타단부가 T 형상으로 형성되어 열전모듈 구성체(100) 단자 또는 통전모듈(200) 단자에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 물론 이들 단부의 형상은 반드시 상기한 바에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태의 실시예가 가능할 것이다.

볼 형상을 가지는 커넥터(300)의 일단부(310)는 열전모듈 구성체(100) 또는 통전모듈(200)에 탈착 가능하게 결합될 수 있고, 타단부(320)는 탈착되지는 않으나 커넥터(300)의 길이에 수직하게 분기된 부분을 축으로 회전 가능하도록 이루어질 수 있다. 회전 방향은 열전모듈 구성체(100)가 면을 이루는 방향이 됨이 바람직하다.

상기 커넥터(300)의 타단부(320)와 결합된 단자(M)는 하우징 형태로 커넥터(300) 타단부(320)를 감싸면서 접촉하도록 형성될 수 있으며, 일단부(310)가 탈착됨에 관계없이 타단부(320)가 상시 열전모듈 구성체(100) 또는 통전모듈(200)의 단자(M)에 상대적으로 넓은 면적에 걸쳐 결합된 상태를 유지할 수 있기 때문에 열전모듈 구성체(100)와 통전모듈(200) 간의 결합이 안정적으로 유지될 수 있다.

한편, 커넥터(300)의 일단부(310)가 삽입되는 열전모듈 구성체(100) 또는 통전모듈(200)의 단자(M)는 커넥터(300)의 일단부(310)를 수용하고 감싸도록 일측이 개구된 하우징 형상으로 이루어질 수 있다.

상기 커넥터(300)의 일단부(310)가 탈착 가능하면서, 삽입시에는 열전모듈 구성체(100)의 단자 또는 통전모듈(200)의 단자에 삽입된 상태를 유지할 수 있도록 하기 위하여, 커넥터(300)의 일단부(310)가 삽입되는 열전모듈 구성체(100) 단자(M) 또는 통전모듈(200) 단자(M)에는 커넥터(300) 일단부(310)의 삽입시 변형되었다가 삽입 후 탄성 복원되어 커넥터(300)의 일단부(310)가 이탈되지 않도록 가압하는 탄성돌기(N);가 더 형성될 수 있다.

도 5는 상기한 커넥터(300)와 단자(M)의 결합 모습을 도시한 도면으로써, (a)는 삽입전, (b)는 삽입중, (c)는 삽입후의 모습을 도시하고 있다. 단순히 삽입하는 것만으로 체결이 이루어질 수 있으며 커넥터(300) 일단부(310)가 볼 형상으로 이루어짐에 따라 커넥터(300)와 단자(M) 간에 다양한 회전각을 구현할 수 있게 된다.

상기 탄성돌기(N)는 탄성 소재를 포함하여 압축 후 팽창되어 상기 커넥터(300)의 일단부(310)를 가압하도록 구성될 수도 있고, 또는 스프링과 같은 별도의 탄성체를 내부에 구비하여 단자(M) 내부로 돌출되었다가 압축 후 다시 팽창될 수도 있다. 반드시 압축된 후 팽창되는 변형 이외에도 설계자의 의도에 따라 팽창 후 압축, 절곡된 후 다시 복원하는 등의 다양한 형태의 탄성에너지를 이용한 체결력 제공이 가능할 것이다.

상기 커넥터(300)는 열전모듈 구성체(100)와 통전모듈(200)이 결합된 경우 외부로 노출되지 않도록 하거나 부분적으로 노출되도록 함이 바람직하다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 열전모듈 조립체에 따르면, 열전모듈간의 조립성을 향상시켜 열전모듈 간 다양한 형태의 조립이 가능해 진다. 예컨데, 열전모듈 구성체가 사각형 형상을 가지는 경우 사각형의 4개 사면에 모두 다른 열전모듈 구성체가 결합될 수 있어 조립의 확장성 및 구성의 다양성을 구현할 수 있는 것이다.

또한, 와이어를 이용한 연결이 아닌 통전모듈을 이용한 결합을 이용하기 때문에 종래의 노출된 와이어를 이용한 열전모듈과 열전모듈간 결합에서 발생하여 왔던 단선 발생 문제를 크게 낮출 수 있는 이점이 있다.

또한, 단순히 통전모듈을 열전모듈 구성체에 결합시키는 것 만으로도 연결이 완성되기 때문에 전체 결합 시스템이 간결해 질 수 있는 이점이 있다.

이에 더해, 커넥터에 의해 열전모듈 구성체와 통전모듈간에 소정각도로 절곡이 이루어질 수 있도록 하여 다수개의 열전모듈 구성체의 결합시 결합된 조립체가 완곡한 형상을 이루도록 할 수도 있다. 이는 도 6과 같이 열원(20)의 주변에 본 출원의 열전모듈 조립체(10)를 설치하여 발전을 수행하는 경우에 그 효과가 발휘 될 수 있는 것으로써, 열전소자의 특성을 이용하여 흡열하여 발전을 수행하는 경우 열전모듈 조립체(10)를 열원(20) 주변에 감싸도록 구성하여 발전 효율을 향상시킬 수 있는 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : 열전모듈 구성체
110 : 열전모듈
111 : 열전소자
200 : 통전모듈
300 : 커넥터

Claims

서로 연속적으로 연결된 다수개의 열전소자 및 열전소자에 연결된 양극단자와 음극단자를 갖는 열전모듈을 포함하며, 상기 열전모듈은 복수개 마련되고, 각각의 열전모듈이 인접하게 배치되어 둘레부를 따라 복수개의 양극단자 또는 음극단자가 마련된 열전모듈 구성체;를 포함하는 열전모듈 조립체.
청구항 1에 있어서,
열전모듈 구성체에 결합되고, 열전모듈의 양극단자와 음극단자를 상호 연결시키는 통전모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전모듈 조립체.
청구항 2에 있어서,
통전모듈은 열전모듈 구성체의 둘레부에 마련된 다수개의 양극단자와 음극단자를 상호 연결시키는 것을 특징으로 하는 열전모듈 조립체.
청구항 2에 있어서,
열전모듈 구성체는 복수개 마련되고, 통전모듈은 서로 다른 열전모듈 구성체에 마련된 양극단자와 음극단자를 서로 연결시키는 것을 특징으로 하는 열전모듈 조립체.
청구항 2에 있어서,
열전모듈의 단자와 통전모듈을 연결하는 커넥터가 더 마련되고, 커넥터는 양단부가 각각 열전모듈의 단자 또는 통전모듈의 단자에 결합되며, 양단부 중 적어도 어느 하나의 단부는 열전모듈 또는 통전모듈에 탈착 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 열전모듈 조립체.
청구항 5에 있어서,
커넥터 일단부는 볼 형상으로 형성되고, 커넥터의 일단부가 삽입되는 열전모듈 단자 또는 통전모듈 단자는 커넥터를 수용하고 감싸도록 일측이 개구된 하우징 형상인 것을 특징으로 하는 열전모듈 조립체.
청구항 5에 있어서,
커넥터의 일단부가 삽입되는 열전모듈 단자 또는 통전모듈 단자에는 커넥터 일단부의 삽입시 변형되었다가 삽입 후 탄성 복원되어 커넥터 일단부가 이탈되지 않도록 가압하는 탄성돌기;가 더 형성된 것을 특징으로 하는 열전모듈 조립체.
청구항 5에 있어서,
커넥터의 양단부 중 다른 하나의 단부는 T 형상으로 형성되며, 열전모듈 단자 또는 통전모듈 단자에 회전 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 열전모듈 조립체.
청구항 1에 있어서,
열전모듈 구성체는 각 열전모듈의 측부가 서로 접합되어 일체로 형성되고, 다각형 형상의 둘레부를 가지며, 하나의 사면에는 양극단자와 음극단자가 마련되되 각 단자는 서로 다른 열전모듈에 속하는 단자인 것을 특징으로 하는 열전모듈 조립체.
청구항 2에 있어서,
통전모듈은 열전모듈 구성체의 양극단자와 음극단자에 결합되되 각각의 단자는 서로 다른 열전모듈에 속하는 단자인 것을 특징으로 하는 열전모듈 조립체.