KR20170135205A

KR20170135205A - 열전모듈용 하우징

Info

Publication number: KR20170135205A
Application number: KR1020160066739A
Authority: KR
Inventors: 김병욱; 송경화; 곽진우; 김경복; 여인웅; 이한샘
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-05-30
Filing date: 2016-05-30
Publication date: 2017-12-08
Also published as: US20200075831A1; US10505093B2; US20170345988A1; CN107452864A; KR101827120B1; CN107452864B

Abstract

본 발명은 열전모듈의 발전 성능을 유지하면서 열전모듈의 각 구성요소인 열전소자, 전극, 절연기판 등을 안정되게 보호할 수 있는 열전모듈용 하우징에 관한 것이다.
본 발명에 의한 열전모듈용 하우징은, 하나 이상의 열전모듈(thermoelectric module)을 감싸는 하우징; 및 상기 하우징의 측벽을 따라 전달되는 열의 흐름을 차단하는 열차단유닛;을 가진다.

Description

열전모듈용 하우징{HOUSING FOR THERMOELECTRIC MODULE}

본 발명은 하나 이상의 열전모듈을 감싸는 열전모듈용 하우징에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전모듈의 발전 성능을 유지하면서 열전모듈의 각 구성요소인 열전소자, 전극, 절연기판 등을 안정되게 보호할 수 있는 열전모듈용 하우징에 관한 것이다.

열전모듈은 그 양면의 온도 차를 이용하여 기전력을 발생하는 제베크효과(seebeck effect)를 이용한 열전발전시스템에 이용되고 있다.

이러한 열전모듈에 의한 열전발전 시에는 고온부와 저온부 사이의 온도차이를 크게 유지함에 따라 열전발전의 출력량을 증가시킬 수 있다. 이때, 열원으로부터 열전모듈로 전달되는 열전달율이 그 발전의 출력량에 큰 영향을 미친다.

이러한 열전모듈은 서로 반대극성인 복수의 열전소자(N형 반도체 및 P형 반도체)가 교대로 배열되고, 복수의 열전소자는 전극에 의해 전기적으로 직렬연결되며, 각 전극에는 절연기판이 부착될 수 있다.

한편, 열전모듈의 열전소자 및/또는 전극은 고온 환경 등에서 외부 공기와의 접촉으로 인해 산화되거나 화학적으로 변형될 수 있고, 이로 인해 열전발전 성능을 저하시킬 수 있다.

그리고, 습기 또는 도전가능한 액체(물 등) 등이 열전소자 및/전극과 접촉할 경우에는 단락(shorting)이 발생할 수도 있다.

또한, 외부의 물리적 요인으로 인해 충격이 발생할 경우에는 스트레스(stress), 변형(strain), 전단력(shear force) 등이 작용하여 열전모듈의 손상이 유발될 수도 있다.

이에 따라, 열전모듈을 외부의 화학적 및/또는 물리적 요인 등으로부터 안전하게 보호하기 위하여 금속 재질의 하우징에 의해 열전소자 및 전극 등을 패키징하는 기술이 제안되고 있다.

하지만, 종래의 패키징 기술에 의하면, 금속 재질의 하우징의 측벽(side wall)을 따라 열전달이 쉽게 이루어져 외부로의 열손실이 심하게 발생하고, 이로 인해 고온부와 저온부 사이의 온도차를 안정되게 확보할 수 없으므로 열전발전의 성능이 저하되는 단점이 있었다.

또한, 열전모듈이 장시간 열원에 노출되거나 반복적인 온도변화가 일어날 경우에는 열전소자, 전극 들 사이의 열팽창계수 차이에 따른 열응력 내지 열충격이 발생하고, 이에 열전모듈이 파손되어 그 작동이 불가능한 단점이 있었다.

그 외에도, 열전모듈의 전극에 접속되는 전원선(electric wire)이 기밀봉착(hermetic sealing)에 의해 밀봉적으로 설치됨에 따라 절연저항으로 인해 전력 누설(leakage current)가 심하게 발생할 있고, 전원선의 변형으로 인한 전극 저항이 변화하여 열전발전의 성능을 저하시킬 수 있는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 여러단점을 해결하기 위하여 연구개발된 것으로, 외부 요인에 의한 산화 반응 및 화학적 변형 등을 효과적으로 방지할 뿐만 아니라 습기 및 도전성 액체 등에 의한 단락을 차단할 수 있으며, 외부의 물리적 요인에 의해 스트레스(stress), 변형(strain), 전단력(shear force) 등으로부터 안전하게 보호될 수 있는 열전모듈용 하우징을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 열전모듈용 하우징은,

하나 이상의 열전모듈(thermoelectric module)을 감싸는 하우징(housing enveloping at least one thermoelectric module); 및

상기 하우징의 측벽을 따라 전달되는 열의 흐름을 차단하는 열차단유닛;을 포함할 수 있다.

상기 하우징은 제1베이스부와, 상기 제1베이스부에 이격되는 제2베이스부와, 상기 제1베이스부 및 상기 제2베이스부 사이의 측면에 마련된 측벽을 가지며,

상기 열차단유닛은 상기 하우징의 측벽에 설치될 수 있다.

상기 하우징은 금속재질로 이루어지고, 상기 열차단유닛은 상기 하우징 보다 열전도율이 낮은 재질로 이루어질 수 있다.

상기 전극에 접속된 전원선이 상기 열차단유닛을 관통하여 수평방향으로 설치될 수 있다.

상기 열전모듈은,

서로 반대극성으로 이루어져 교대로 배열되는 적어도 한 쌍의 열전소자(thermoelectric element); 및

상기 한 쌍의 열전소자를 직렬로 연결하는 복수의 전극;을 포함할 수 있다.

상기 열전모듈은 복수의 전극에 부착되는 한 쌍의 절연기판을 더 포함할 수 있고, 상기 한 쌍의 전열기판은 서로 이격되게 배치될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 열전모듈용 하우징은,

제1베이스 및 상기 제1베이스의 가장자리에 형성된 제1측벽을 가진 제1하우징;

제2베이스 및 상기 제2베이스의 가장장리에 형성된 제2측벽을 가진 제2하우징; 및

상기 제1측벽과 상기 제2측벽 사이에 설치되는 열차단유닛;을 포함할 수 있고,

상기 제1베이스 및 상기 제2베이스는 서로 이격되며, 상기 제1측벽과 상기 제2측벽은 상호 대향되게 연장될 수 있다.

상기 열차단유닛은 수지재질로 이루어진 결합부재를 포함할 수 있고, 상기 결합부재는 상기 제1측벽과 상기 제2측벽을 밀봉적으로 결합할 수 있다.

상기 결합부재는 열수축필름으로 이루어질 수 있다.

상기 열차단유닛은 상기 전원선을 밀봉하는 밀봉튜브를 더 포함할 수 있다.

상기 열차단유닛은 상기 전원선이 삽입되는 튜브와, 상기 튜브를 밀봉하는 밀봉캡을 더 포함할 수 있다.

상기 튜브의 내경이 상기 전원선의 외경 보다 크게 형성됨에 따라 상기 튜브의 내면과 상기 전원선의 외면 사이에는 일정 틈새가 형성될 수 있다.

상기 제1 및 제2 하우징은 상기 제1측벽과 제2측벽에 각각 형성된 피팅부를 더 포함할 수 있고, 상기 피팅부에는 상기 결합부재가 결합될 수 있다.

상기 피팅부는 상기 제1측벽의 단부에 마련된 제1피팅부 및 상기 제2측벽의 단부에 마련된 제2피팅부를 가질 수 있다.

상기 제1피팅부 및 상기 제2피팅부 각각은 수평방향으로 연장된 수평부 및 상기 수평부에 대해 일정각도로 절곡된 절곡부를 가질 수 있다.

상기 제1피팅부 및 상기 제2피팅부는 상기 제1 및 제2 하우징의 내측에 인접하도록 배치될 수 있다.

상기 제1피팅부 및 상기 제2피팅부는 상기 제1 및 제2 측벽을 기준으로 서로 반대위치에 배치될 수 있다.

상기 제1 및 제2 측벽을 따라 전달되는 열 흐름에 대한 열저항을 증가시키는 열저항 증가부를 더 포함할 수 있다.

상기 열저항 증가부는 상기 제1측벽 및 제2측벽 중에서 적어도 어느 한 측벽의 일부 구간에 형성되는 박벽부를 포함할 수 있고, 상기 박벽부는 상기 측벽의 두께 보다 얇은 두께로 이루어질 수 있다.

상기 열저항 증가부는 상기 제1측벽 및 상기 제2측벽 중에서 적어도 어느 한 측벽의 일부 구간에 형성되는 비직선부를 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 하우징이 열전모듈의 외면 즉, 절연기판들의 외면 및 절연기판들 사이에 배치된 열전소자 및 전극 등을 감싸도록 구성됨에 따라, 외부 요인에 의한 산화 반응 및 화학적 변형 등을 효과적으로 방지할 뿐만 아니라 습기 및 도전성 액체 등에 의한 단락을 차단할 수 있으며, 외부의 물리적 요인에 의해 스트레스(stress), 변형(strain), 전단력(shear force) 등으로부터 안전하게 보호될 수 있다.

특히, 본 발명은 하우징의 측벽에서 발생하는 열손실을 최소화함으로써 고온부 및 저온부 사이의 온도차를 안정되게 확보할 수 있으므로 그 열전발전 성능을 향상시킬 수 있다.

그리고, 본 발명은 고온부 및 저온부 사이의 온도차에 의하 열응력 및 열충격을 완화하여 열전모듈의 파손을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 결합부재에 의해 제1 및 제2 하우징이 견고하게 조립됨에 따라 절연기판, 전극, 열전소자들을 효과적으로 가압함으로써 온도변화에 따른 열전소자와 전극의 계면에서 전기저항 및 열저항을 최소화하고, 전극과 절연기판의 계면에서 열저항을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열전모듈 및 열전모듈용 하우징을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전모듈 및 열전모듈용 하우징을 도시한 정단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 열전모듈용 하우징의 열차단유닛의 결합부재 및 밀봉튜브가 결합된 상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전모듈 및 열전모듈용 하우징을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전모듈 및 열전모듈용 하우징을 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전모듈 및 열전모듈용 하우징을 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전모듈 및 열전모듈용 하우징을 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 시예에 따른 열전모듈 및 열전모듈용 하우징을 도시한 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는 데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 열전모듈은 교대로 배열된 하나 이상의 제1열전소자(11) 및 하나 이상의 제2열전소자(12)와, 제1열전소자(11) 및 제2열전소자(12)를 전기적으로 직렬 접속하는 복수의 전극(21, 22)을 포함할 수 있다.

서로 반대극성의 반도체인 제1열전소자(11) 및 제2열전소자(12)는 한 쌍을 이루면서 서로 교대로 배열될 수 있고, 이에 인접한 제1열전소자(11)와 제2열전소자(12)는 하나의 반도체 쌍(semiconductor pair)을 구성할 수 있다. 예컨대, 제1열전소자(11)가 N형 반도체이면, 제2열전소자(12)는 P형 반도체를 이루어질 수 있다. 이와 달리, 제1열전소자(11)가 P형 반도체이면 제2열전소자(12)는 N형 반도체로 이루어질 수 있다.

도 1에 예시된 바와 같이, 복수의 전극(21, 22)은 제1열전소자(11)의 상단과 제2열전소자(12)의 상단을 연결하는 하나 이상의 제1전극(21)과, 제1열전소자(11)의 하단과 제2열전소자(12)의 하단을 연결하는 하나 이상의 제2전극(22)을 포함할 수 있다. 제1전극(21) 및 제2전극(22)은 제1 및 제2 열전소자(11, 12)들의 상단 및 하단에서 서로 어긋나게 배열됨(즉, 지그재그 배열)으로써 제1열전소자(11) 및 제2열전소자(12)는 전기적으로 직렬 접속될 수 있다.

본 발명에 의한 열전모듈(10)은 하나 이상의 제1전극(21)에 마련된 제1절연기판(31)과, 하나 이상의 제2전극(22)에 마련된 제2절연기판(32)을 더 포함할 수 있다.

제1절연기판(31)과 제2절연기판(32)의 서로 마주보는 표면 각각에는 복수의 제1전극(21) 및 복수의 제2전극(22)이 마련될 수 있다.

도 1에 예시된 바와 같이, 복수의 제1전극(21)은 제1절연기판(31)의 하면에 패터닝 공정 등을 통해 일체로 형성될 수도 있다. 이와 달리, 복수의 제1전극(21)은 제1절연기판(31)의 하면에 접착제 또는 솔더링 등을 통해 부착될 수도 있다.

도 1에 예시된 바와 같이, 복수의 제2전극(22)은 제2절연기판(32)의 상면에 패터닝 공정 등을 통해 일체로 형성될 수도 있다. 이와 달리, 복수의 제2전극(22)은 제2절연기판(32)의 상면에 접착제 또는 솔더링 등을 통해 부착될 수도 있다.

제1절연기판(31)과 제2절연기판(32)은 수직방향으로 이격되고, 제1 및 제2 열전소자(11, 12)는 제1절연기판(31) 및 제2절연기판(32) 사이에 수직방향으로 세워져 배치될 수 있으며, 인접한 제1열전소자(11)와 제2열전소자(12)는 수평방향으로 이격될 수 있다.

한편, 제1절연기판(31)과 제2절연기판(32)은 적절한 온도차를 생성하기 위하여 저온부 및 고온부로 각각 구성될 수 있다. 예컨대, 제1절연기판(31)의 내부에 냉각부가 일체로 마련되거나 제1절연기판(31)의 외부에 냉각부가 부착됨으로써 제1절연기판(31)은 저온부(발열부)로 이루어질 수 있고, 이에 대응하여 제2절연기판(32)에 열원부가 일체로 마련되거나 제2절연기판(32)에 열원부가 부착됨으로써 제2전극(22)은 고온부(흡열부)로 이루어질 수 있다.

도 1의 실시예에 따르면, 제1절연기판(31)에 냉각부가 배치됨으로써 제1절연기판(31)은 저온부(발열부)로 이루어질 수 있고, 이에 제2절연기판(32)에 열원부가 배치됨으로써 제2절연기판(32)은 고온부(흡열부)로 이루어질 수 있다.

이와 반대로, 제1절연기판(31)에 열원부가 마련됨으로써 제1절연기판(31)은 고온부(흡열부)로 이루어질 수 있고, 이에 대해 제2절연기판(32)에 냉각부가 마련됨으로써 제2절연기판(32)은 저온부(발열부)로 이루어질 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따른 하우징(40)은 하나 이상의 열전모듈(10)을 감싸도록 구성될 수 있다.

본 발명에 의한 하우징(40)은 열전모듈(10)의 열전소자(11, 12), 전극(21, 22), 절연기판(31, 32)을 안정되게 보호할 수 있도록 내열성 및 강성이 높은 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 하우징(40)은 스테인레스 등과 같은 금속재질 또는 세라믹 등과 같은 비금속재질로 이루어질 수 있다.

일 실시예에 따르면, 하우징(40)은 제1하우징(41)과 제2하우징(42)을 포함할 수 있다.

제1하우징(41)은 제1절연기판(31)의 상면을 덮는 제1베이스(43) 및 제1베이스(43)의 가장자리에 형성된 제1측벽(45)을 가질 수 있다.

제1측벽(45)은 제1베이스(43)의 가장자리를 따라 연장될 수 있고, 이에 따라 제1하우징(41)은 제1절연기판(31) 및 제1절연기판(31)에 인접한 부분들을 감싸도로 구성될 수 있다.

제2하우징(42)은 제2절연기판(32)의 하면을 덮는 제2베이스(44) 및 제2베이스(44)의 가장자리에 형성된 제2측벽(46)을 가질 수 있다.

제2측벽(46)은 제2베이스(45)의 가장자리를 따라 연장될 수 있고, 이에 따라 제2하우징(42)은 제2절연기판(32) 및 제2절연기판(32)에 인접한 부분들을 감싸도록 구성될 수 있다.

제1측벽(45)과 제2측벽(46)은 열전모듈(10)의 측면 즉, 제1절연기판(31)과 제2절연기판(32) 사이의 측방향 공간을 덮을 수 있도록 상호 대향되게 연장될 수 있다.

한편, 하우징(40)의 측벽(45, 46)에서는 고온부와 저온부 사이의 온도차에 의해 열이 전달될 수 있고, 이렇게 측벽(45, 46)을 따라 열이 전달됨에 따라 열손실이 발생하여 고온부와 저온부 사이의 온도차가 안정되게 유지될 수 없으므로 열전발전 성능이 저하될 수 있다.

이에, 본 발명의 다양한 실시예는 하우징(40)의 측벽(45, 46)을 따라 전달되는 열의 흐름을 차단하는 열차단유닛(60)을 포함할 수 있다.

다양한 실시예에 따르면, 열차단유닛(60)은 하우징(40) 보다 열전도율이 낮은 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 열차단유닛(60)은 수지 등과 같이 열전도도가 낮은 재질로 이루어져 금속재질의 하우징(40)의 측벽(45, 46)을 따라 전달되는 열 흐름을 차단 내지 약화시킬 수 있다.

또한, 열차단유닛(60)은 제1하우징(41)의 제1측벽(45)과 제2하우징(42)의 제2측벽(46)을 밀봉적으로 결합함으로써 열전모듈(10)을 감싸는 제1 및 제2 하우징(41, 42)의 밀봉성 및 결합력을 확보할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 열차단유닛(60)은 결합부재(61)를 포함하고, 결합부재(61)는 열에 의해 용융가능한 재질의 시트 또는 필름으로 이루어질 수 있다. 일 예에 따르면, 결합부재(61)가 열에 의해 용융가능한 수지재질로 이루어짐에 따라 제1하우징(41)과 제2하우징(42)을 밀봉적으로 결합시킬 수 있다.

또한, 제1하우징(41)의 제1측벽(45)과 제2하우징(42)의 제2측벽(46)을 타고 전달되는 열 흐름(thermal pass)은 수지재질의 결합부재(61)에 의해 차단되거나 약화될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 결합부재(61)는 열이 가해짐에 따라 수축가능한 열수축 필름 내지 시트(heat shrinkable film or sheet)로 이루어질 수 있다. 이에, 결합부재(61)를 제1하우징(41)의 제1측벽(45)과 제2하우징(42)의 제2측벽(46) 사이에 개재시킨 상태에서 electron-beam 또는 laser 등을 통해 결합부재(61)에 열을 인가함으로써 열수축 필름인 결합부재(61)가 제1하우징(41)의 제1측벽(45)과 제2하우징(42)의 제2측벽(46) 사이에서 열수축되어 밀착된 이후에 경화됨에 따라, 결합부재(61)의 열수축에 의해 제1측벽(45)과 제2측벽(46)이 견고하게 결합됨과 더불어 제1측벽(45)과 제2측벽(46) 사이의 틈새가 기밀하게 밀봉될 수 있다.

한편, 제1전극(21) 또는 제2전극(22)에는 전원선(71, electric wire) 또는 리드(lead)가 접속될 수 있고, 이러한 전원선(71) 또는 리드(lead)는 열전소자(11, 12)와 전극(21, 22)에 의해 생성된 전기에너지를 외부로 출력하도록 하우징(41, 42)의 외측으로 인출될 수 있다. 이하에서는 전기에너지를 출력하는 전원선(71) 또는 리드(lead)를 '전원선(71)'으로 통칭하고, 본 명세서 내에 기재된 '전원선(71)'은 열전소자(11, 12)와 전극(21, 22)에 의해 생성된 전기에너지를 외부로 출력하는 모든 출력수단의 의미를 내포할 수 있다.

일 실시예에 따르면 전원선(71)은 제1전극(21)에 접속되어 하우징(41, 42)의 외측으로 인출되게 마련될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시에에 따르면, 전원선(71)은 열차단유닛(60)의 결합부재(61)를 관통하여 하우징(41, 42)의 외측을 향해 수평방향으로 인출될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 전원선(71)이 열차단유닛(60)의 결합부재(61)를 관통하여 수평방향으로 설치됨으로써 인접한 전기부품과의 전기적 접속을 보다 간편하게 할 수 있고, 전원선(71)의 인출길이를 최적화하여 그 절연저항을 최소화할 수 있다. 따라서 열전발전 시의 전기누설을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 전원선(71)의 변형을 방지하여 전극(21, 22)의 저항 변화를 최소화할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 열차단유닛(60)은 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 전원선(71, eletric wire or lead)을 밀봉하는 밀봉튜브(63)를 더 포함할 수 있다.

밀봉튜브(63)은 절연성 수지 재질로 이루어져 결합부재(61)의 일부를 관통하여 설치될 수 있고, 이러한 밀봉튜브(63)의 내부에 전원선(71)이 기밀하게 삽입됨으로써 열차단유닛(60)을 관통하는 전원선(71)에 대한 밀봉성 및 절연성을 확보할 수 있다.

특히 밀봉튜브(63)는 하우징(40)의 측벽(45, 46)에 대해 직교하는 방향 즉, 수평방향으로 연장될 수 있고, 이에 밀봉튜브(63)에 의해 밀봉되는 전원선(71)이 수평방향으로 설치됨이 용이하게 구현될 수 있다. 이와 같이, 전원선(71)이 밀봉튜브(63)를 관통하여 수평방향으로 인출됨으로써, 전원선(71)의 절연저항을 최소화함으로써 열전발전 시의 전기누설을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 전원선(71)의 변형을 방지하여 전극(21, 22)의 저항 변화를 최소화할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 밀봉튜브(63)는 열이 가해짐에 따라 수축가능한 열수축 튜브(heat shrinkable tube)로 이루어질 수 있다. 이에, 밀봉튜브(63)의 외면에 열을 인가함으로써 열수축 튜브인 밀봉튜브(63)가 열수축되면서 전원선(71)의 외면에 밀착됨으로써 전원선(71)의 밀봉성 및 절연성을 확보할 수 있다.

도 3에는 열차단유닛(60)이 제1하우징(41)의 제1측벽(45)과 제2하우징(42)의 제2측벽(46) 사이에 결합되기 전의 상태를 예시한 도면이다. 도 3과 같이, 열수축필름인 결합부재(61)의 일부에 열수축 튜브인 밀봉튜브(63)가 관통하여 설치될 수 있다.

이러한 열차단유닛(60)을 이용하여 제1하우징(41)의 제1측벽(45)과 제2하우징(42)의 제2측벽(46)을 결합하는 과정을 구체적으로 살펴보면, 먼저 열수축 튜브인 밀봉튜브(63)에 열을 인가함으로써 밀봉튜브(63)의 열수축에 의해 전원선(71)의 외면에 밀봉튜브(63)가 기밀하게 밀착되고, 따라서 전원선(71)의 밀봉성 및 절연성 등이 확보될 수 있다. 그 이후에, 열수축 필름인 결합부재(61)를 제1하우징(41)의 제1측벽(45)과 제2하우징(42)의 제2측벽(46) 사이에 개재시킨 상태에서 결합부재(61)에 열을 인가함으로써 결합부재(61)가 제1하우징(41)의 제1측벽(45)과 제2하우징(42)의 제2측벽(46)이 견고하게 결합될 뿐만 아니라 밀봉성이 확보될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 열차단유닛(60)은 도 6에 도시된 바와 같이 전원선(71, eletric wire or lead)이 삽입되는 튜브(64)와, 튜브(64)의 단부를 밀봉하는 밀봉캡(65)을 더 포함할 수 있다.

튜브(64)는 수지 등과 같이 절연성 재질로 이루어질 수 있고, 튜브(64)의 내경이 전원선(71)의 외경 보다 크게 형성됨에 따라 전원선(71)이 튜브(64)의 내부에 삽입될 때, 튜브(64)의 내면과 전원선(71)의 외면 사이에는 일정 틈새(64a)가 형성될 수 있다. 이러한 튜브(64)와 전원선(71) 사이의 틈새(64a)를 통해 제1하우징(41) 및 제2하우징(42)의 내부로 비활성가스를 주입하거나 제1 및 제2 하우징(41, 42) 내의 공기를 배출하여 하우징(40)의 내부공간을 진공화할 수 있다.

밀봉캡(65)은 튜브(64) 및 전원선(71) 사이의 틈새(64a)를 통한 비활성가스의 주입 내지 진공화 이후에 튜브(64)의 외측단을 밀봉하도록 설치될 수 있다.

밀봉캡(65)은 절연성 수지 재질로 이루어져 튜브(64)의 밀봉 및 전원선(71)의 절연을 구현할 수 있다.

밀봉캡(65)은 열이 인가됨에 따라 수축가능한 열수축 재질로 이루어질 수 있다. 이러한 열수축 재질의 밀봉캡(65)에 열이 인가됨에 따라 열수축 재질의 밀봉캡(65)이 열수축하면서 튜브(64)의 외면 및 내면에 밀착됨으로써 밀봉캡(65)의 단부를 확실하게 밀봉할 수 있고, 더불어 전원선(71)의 외면 일부에도 밀착됨으로써 전원선(71)의 절연성 또한 확보할 수 있다.

튜브(64)는 하우징(41, 42)의 측벽(45, 46)에 대해 직교하는 방향 즉, 수평방향으로 연장될 수 있고, 이에 튜브(64) 내에 설치되는 전원선(71)이 수평방향으로 설치됨이 용이하게 구현될 수 있다. 이와 같이, 전원선(71)이 튜브(64)를 관통하여 수평방향으로 인출됨으로써, 전원선(71)의 절연저항을 최소화함으로써 열전발전 시의 전기누설을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 전원선(71)의 변형을 방지하여 전극(21, 22)의 저항 변화를 최소화할 수 있다.

한편, 열차단유닛(60)은 고온부의 열에 의해 변형되거나 전원선(71)의 절연부 파손 내지 단락(shorting) 등을 효과적으로 방지할 수 있도록 저온부에 인접하게 배치될 수 있다

도 1의 실시예에 따르면, 제1절연기판(31) 및 제1전극(21)이 저온부로 구성될 경우에는 열차단유닛(60)은 제1절연기판(31) 및 제1전극(21)에 인접하게 위치될 수 있다. 이를 구현하기 위하여, 도 1과 같이 제1측벽(45)의 길이가 제2측벽(46)의 길이 보다 짧게 이루어짐에 따라 열차단유닛(60)은 저온부를 구성하는 제1전극(21) 및 제1절연기판(31)에 인접하게 배치될 수 있다.

대안적인 실시예에 따르면, 제2절연기판(32) 및 제2전극(22)이 저온부로 구성될 경우에는 열차단유닛(60)은 제2절연기판(32) 및 제2전극(22)에 인접하게 위치될 수 있다. 이를 위해, 제2측벽(46)의 길이가 제1측벽(45)의 길이 보다 짧게 이루어질 수 있으며, 이를 통해 열차단유닛(60)은 저온부를 구성하는 제2전극(22) 및 제2절연기판(32)에 인접하게 배치될 수도 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 제1하우징(41)의 제1측벽(45)과 제2하우징(42)의 제2측벽(46)에 각각 형성된 피팅부(51, 52)를 더 포함하고, 이러한 피팅부(51, 52)에 열차단유닛(60)이 설치됨에 따라 열차단유닛(60)에 의한 제1하우징(41) 및 제2하우징(42)의 결합성 및 밀봉성이 보다 안정되고 견고하게 이루어질 수 있다.

피팅부(51, 52)는 제1하우징(41)의 제1측벽(45) 하단에 마련된 제1피팅부(51) 및 제2하우징(42)의 제2측벽(46)의 상단에 마련된 제2피팅부(52)를 포함할 수 있다.

제1피팅부(51)는 제1하우징(41)의 제1측벽(45)의 하단에서 수평방향으로 연장된 제1수평부(53) 및 제1수평부(53)의 단부에서 일정각도로 절곡된 제1절곡부(55)를 가질 수 있다.

제1수평부(53)는 제1하우징(41)의 제1측벽(45)에서 하우징의 내부공간을 향해 수평방향으로 연장될 수 있다.

도 1에는 제1절곡부(55)가 제1수평부(53)에 대해 대략 90°로 절곡됨이 예시되어 있지만, 제1절곡부(55)는 90°보다 작은 각도로 절곡될 수도 있고, 90°보다 큰 각도로 절곡될 수도 있다.

한편, 제1수평부(53) 및 제1절곡부(55)의 각 모서리는 라운딩처리됨으로써 결합부재(61)가 제1피팅부(51)에 용이하게 끼움결합될 수 있다.

제2피팅부(52)는 제2하우징(42)의 제2측벽(46)의 상단에서 수평방향으로 연장된 제2수평부(54) 및 제2수평부(54)의 단부에서 일정각도로 절곡된 제2절곡부(56)를 가질 수 있다.

제2수평부(54)는 제2하우징(42)의 제2측벽(46)에서 하우징의 내부공간을 향해 수평방향으로 연장될 수 있다.

도 1에는 제2절곡부(56)는 제2수평부(55)에 대해 대략 90°로 절곡됨이 예시되어 있지만, 제2절곡부(56)는 90°보다 작은 각도로 절곡될 수도 있고, 90°보다 큰 각도로 절곡될 수도 있다.

한편, 제2수평부(54) 및 제2절곡부(56)의 각 모서리는 라운딩처리됨으로써 결합부재(61)가 제2피팅부(52)에 용이하게 끼움결합될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 결합부재(61)가 열수축 튜브로 이루어질 경우에 결합부재(61)가 제1 및 제2 피팅부(51, 52) 내에 용이하게 삽입된 이후에 열의 인가에 의해 열수축 튜브가 열수축됨으로써 결합부재(61)가 제1 및 제2 피팅부(51, 52)에 기밀하게 밀착되어 경화될 수 있고, 이를 통해 결합부재(61)에 의한 결합성 및 밀봉성이 더욱 안정되게 확보될 수 있다.

한편, 제1피팅부(51)의 제1수평부(53) 및 제1절곡부(55)가 제1하우징(41)의 제1측벽(45)의 내측에 위치함과 더불어 제2피팅부(52)의 제2수평부(54) 및 제2절곡부(56)가 제2하우징(42)의 제2측벽(46)의 내측에 위치함으로써 열수축 튜브로 이루어진 결합부재(61)에 대해 열을 인가할 때 결합부재(61)의 과열을 방지하면서 결합부재(61)의 안정된 열수축 작용을 유도할 수 있으며, 또한 결합부재(61)가 하우징(41, 42)의 내부공간에 위치함에 따라 외부에 대해 은폐됨으로써 그 손상 가능성을 최소화할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 결합부재(61)는 상술한 제1 및 제2 피팅부(51, 52)의 구조에 대응하는 형상으로 형성될 수 있고, 결합부재(61)가 제1 및 제2 피팅부(51, 52)에 억지끼움결합되는 구조로 이루어질 수 있다. 이에, 결합부재(61)에 의해 제1하우징(41)과 제2하우징(42)의 결합력 및 밀봉성을 안정되게 확보할 뿐만 아니라 제1 및 제2 하우징(41, 42)의 조립을 간편하게 할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예는, 하우징(40)의 측벽(46)에 마련된 열저항 증가부(48, 49)를 더 포함할 수 있다.

이러한 열저항 증가부(48, 49)는 하우징(40)의 측벽(46)에서 열저항을 증가시키도록 구성됨에 따라, 하우징(40)의 측벽(46)을 따라 전달되는 열 흐름 내지 열전달을 최소화할 수 있다.

열저항 증가부(48, 49)는 제1측벽(45) 및 제2측벽(46) 중에서 적어도 어느 하나의 측벽에 마련될 수 있고, 특히 열저항 증가부(48, 49)는 측벽(45, 46)을 따라 전달되는 열의 흐름 내지 열전달을 최소화할 수 있도록 고온부에 인접한 측벽에 형성됨이 바람직하다. 이에, 도 1 및 도 2와 같이, 열저항 증가부(48, 49)는 고온부에 인접한 제2측벽(46)에 형성될 수도 있다.

일 실시예에 따른 열저항 증가부(48)는 도 1에 도시된 바와 같이, 측벽(46)의 일부 구간에 형성된 박벽부(48, thin wall portion)으로 이루어지고, 이러한 박벽부(48)는 측벽(46)의 두께 보다 얇은 두께로 이루어질 수 있다. 이와 같이 두께가 얇은 박벽부(48)를 통과함에 따라 열저항이 증가될 수 있다.

다른 실시예에 따른 열저항 증가부(49)는 도 2에 도시된 바와 같이, 측벽(46)의 일부 구간에 지그재그 구조 또는 굴곡 구조 등과 같은 비직선부(49, non-straight portion)를 형성함으로써 열저항을 증가시킬 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 피팅부(151, 152)는 제1하우징(41)의 제1측벽(45)의 하단에 마련된 제1피팅부(151) 및 제2하우징(42)의 제2측벽(46)의 상단에 마련된 제2피팅부(152)를 포함하고, 제1피팅부(151)와 제2피팅부(152)가 하우징(41, 42)의 제1 및 제2 측벽(45, 46)을 기준으로 서로 반대위치에 형성될 수 있다.

제1피팅부(151)는 제1측벽(45)의 하단에서 수평방향으로 연장된 제1수평부(153) 및 제1수평부(153)의 단부에서 일정각도로 절곡된 제1절곡부(155)를 가질 수 있다.

제1수평부(153)는 제1측벽(45)에서 제1하우징(41)의 외부공간을 향해 수평방향으로 연장될 수 있다.

도 4 및 도 5에는 제1절곡부(155)가 제1수평부(153)에 대해 대략 90°로 절곡됨이 예시되어 있지만, 제1절곡부(155)는 90°보다 작은 각도로 절곡될 수도 있고, 90°보다 큰 각도로 절곡될 수도 있다.

한편, 제1수평부(153) 및 제1절곡부(155)의 각 모서리는 라운딩처리됨으로써 결합부재(61)가 끼움결합이 보다 안정되게 이루어질 수 있다.

제2피팅부(152)는 제2하우징(42)의 제2측벽(46)의 상단에서 수평방향으로 연장된 제2수평부(154) 및 제2수평부(154)의 단부에서 일정각도로 절곡된 제2절곡부(156)를 가질 수 있다.

제2수평부(154)는 제2측벽(46)에서 제2하우징(42)의 내부공간을 향해 수평방향으로 연장될 수 있다.

도 4 및 도 5에는 제2절곡부(156)는 제2수평부(55)에 대해 대략 90°로 절곡됨이 예시되어 있지만, 제2절곡부(156)는 90°보다 작은 각도로 절곡될 수도 있고, 90°보다 큰 각도로 절곡될 수도 있다.

한편, 제2수평부(154) 및 제2절곡부(156)의 각 모서리는 라운딩처리됨으로써 결합부재(61)가 끼움결합이 보다 안정되게 이루어질 수 있다.

이와 같이, 제1피팅부(151)와 제2피팅부(152)는 하우징(41, 42)의 각 측벽(45, 46)을 기준으로 서로 반대위치에 형성될 수 있고, 이에 의해 결합부재(61)에 의해 조립작업성을 향상시킬 뿐만 아니라 결합부재(61)에 의해 결합성 및 밀봉성을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 4, 도 5 및 상술한 기재에서 제1피팅부(151)의 제1수평부(153) 및 제1절곡부(155)가 제1하우징(41)의 외측에 위치하고, 제2피팅부(152)의 제2수평부(154) 및 제2절곡부(156)가 제2하우징(42)의 내측에 위치한 것으로 도시되고 설명되었지만 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제1피팅부(151)의 제1수평부(153) 및 제1절곡부(155)가 제1하우징(41)의 내측에 위치하고, 제2피팅부(152)의 제2수평부(154) 및 제2절곡부(156)가 제2하우징(42)의 외측에 위치할 수도 있다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 하우징(41, 42)의 저온부에 인접하여 냉각유닛(80, 90)이 설치되고, 냉각유닛(80, 90)의 일부분(85, 95)이 열차단유닛(60)의 적어도 일부와 접촉하거나 인접하도록 연장될 수 있다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 제1하우징(41)의 제1베이스(43)에 냉각유닛(80, 90)을 설치함으로써 제1절연기판(31) 및 그에 인접한 제1하우징(41)의 제1베이스(43)가 저온부를 구성할 수 있다.

도 7의 실시예에 따른 냉각유닛(80)는 냉각수 등과 같은 냉각유체가 통과하는 통로(82)를 가진 냉각바디(81)와, 냉각바디(81)의 일측에서 열차단유닛(60)을 향해 연장된 연장부(85)를 가질 수 있다.

연장부(85)는 열차단유닛(60)의 적어도 일부와 접촉하거나 인접하도록 구성될 수 있고, 이에 냉각바디(81)의 냉기가 열차단유닛(60)에 전달될 수 있으므로, 열차단유닛(60)이 열에 의한 변형 내지 파손됨을 방지할 뿐만 아니라 전원선(71)의 변형, 절연파괴, 단락 등을 효과적으로 방지할 수 있다.

도 8의 실시예에 따른 냉각유닛(90)은 공기 등과 같은 기상의 냉각유체가 통과하는 냉각핀(92)을 가진 냉각바디(91)와, 냉각바디(91)의 일측에서 열차단유닛(60)을 향해 연장된 연장부(95)를 가질 수 있다.

연장부(95)는 열차단유닛(60)의 적어도 일부와 접촉하거나 인접하도록 구성될 수 있고, 이에 냉각바디(91)의 냉기가 열차단유닛(60)에 전달될 수 있으므로, 열차단유닛(60)이 열에 의한 변형 내지 파손됨을 방지할 뿐만 아니라 전원선(71)의 변형, 절연파괴, 단락 등을 효과적으로 방지할 수 있다.

이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.

11: 제1열전소자 12: 제2열전소자
21: 제1전극 22: 제2전극
31: 제1절연기판 32: 제2절연기판
41: 제1하우징 42: 제2하우징
60: 열차단유닛 61: 결합부재
63: 밀봉튜브 71: 전원선

Claims

하나 이상의 열전모듈을 감싸는 하우징(housing enveloping at least one thermoelectric module); 및
상기 하우징의 측벽을 따라 전달되는 열의 흐름을 차단하는 열차단유닛;을 포함하는 열전모듈용 하우징.
청구항 1에 있어서,
상기 하우징은 제1베이스부와, 상기 제1베이스부에 이격되는 제2베이스부와, 상기 제1베이스부 및 상기 제2베이스부 사이의 측면에 마련된 측벽을 가지며,
상기 열차단유닛은 상기 하우징의 측벽에 설치되는 것을 특징으로 하는 열전모듈용 하우징.
청구항 1에 있어서,
상기 하우징은 금속재질로 이루어지고, 상기 열차단유닛은 상기 하우징 보다 열전도율이 낮은 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈용 하우징.
청구항 1에 있어서,
상기 전극에 접속된 전원선이 상기 열차단유닛을 관통하여 수평방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 열전모듈용 하우징.
청구항 1에 있어서,
상기 열전모듈은,
서로 반대극성으로 이루어져 교대로 배열되는 적어도 한 쌍의 열전소자(thermoelectric element); 및
상기 한 쌍의 열전소자를 직렬로 연결하는 복수의 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전모듈용 하우징.
청구항 5에 있어서,
상기 열전모듈은 복수의 전극에 부착되는 한 쌍의 절연기판을 더 포함하고, 상기 한 쌍의 전열기판은 서로 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 열전모듈용 하우징.
제1베이스 및 상기 제1베이스의 가장자리에 형성된 제1측벽을 가진 제1하우징;
제2베이스 및 상기 제2베이스의 가장장리에 형성된 제2측벽을 가진 제2하우징; 및
상기 제1측벽과 상기 제2측벽 사이에 설치되는 열차단유닛;을 포함하고,
상기 제1베이스 및 상기 제2베이스는 서로 이격되며, 상기 제1측벽과 상기 제2측벽은 상호 대향되게 연장되는 것을 특징으로 하는 열전모듈용 하우징.
청구항 7에 있어서,
상기 열차단유닛은 수지재질로 이루어진 결합부재를 포함하고,
상기 결합부재는 상기 제1측벽과 상기 제2측벽을 밀봉적으로 결합하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열전모듈용 하우징.
청구항 8에 있어서,
상기 결합부재는 열수축필름으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈용 하우징.
청구항 8에 있어서,
상기 열차단유닛은 상기 전원선을 밀봉하는 밀봉튜브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전모듈용 하우징.
청구항 7에 있어서,
상기 제1 및 제2 하우징은 상기 제1측벽과 제2측벽에 각각 형성된 피팅부를 더 포함하고,
상기 피팅부에는 상기 결합부재가 결합되는 것을 특징으로 하는 열전모듈용 하우징.
청구항 11에 있어서,
상기 피팅부는 상기 제1측벽의 단부에 마련된 제1피팅부 및 상기 제2측벽의 단부에 마련된 제2피팅부를 가지는 것을 특징으로 하는 열전모듈용 하우징.
청구항 12에 있어서,
상기 제1피팅부 및 상기 제2피팅부 각각은 수평방향으로 연장된 수평부 및 상기 수평부에 대해 일정각도로 절곡된 절곡부를 가지는 것을 특징으로 하는 열전모듈용 하우징.
청구항 13에 있어서,
상기 제1피팅부 및 상기 제2피팅부는 상기 제1 및 제2 하우징의 내측에 인접하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 열전모듈용 하우징.
청구항 13에 있어서,
상기 제1피팅부 및 상기 제2피팅부는 상기 제1 및 제2 측벽을 기준으로 서로 반대위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 열전모듈용 하우징.
청구항 7에 있어서,
상기 제1 및 제2 측벽을 따라 전달되는 열 흐름에 대한 열저항을 증가시키는 열저항 증가부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전모듈용 하우징.
청구항 16에 있어서,
상기 열저항 증가부는 상기 제1측벽 및 제2측벽 중에서 적어도 어느 한 측벽의 일부 구간에 형성되는 박벽부를 포함하고, 상기 박벽부는 상기 측벽의 두께 보다 얇은 두께로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전모듈용 하우징.
청구항 16에 있어서,
상기 열저항 증가부는 상기 제1측벽 및 상기 제2측벽 중에서 적어도 어느 한 측벽의 일부 구간에 형성되는 비직선부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전모듈용 하우징.