KR20190044236A - Thermoelectric element and thermoelectric conversion device comprising the same - Google Patents

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Abstract

According to an embodiment of the present invention, a thermoelectric device comprises: an annular first base layer; an annular second base layer for surrounding the first base layer to be spaced apart from the first base layer at a predetermined interval; a plurality of P-type and N-type thermoelectric legs alternately disposed between the first and second base layers; and a plurality of first and second electrodes alternately disposed between the P-type and N-type thermoelectric legs. At least one surface of the first electrodes is bonded to the P-type thermoelectric legs, another surface thereof is bonded to the N-type thermoelectric legs, and another surface thereof is bonded to the first base layer. Also, at least one surface of the second electrodes is bonded to the N-type thermoelectric legs, another surface thereof is bonded to the P-type thermoelectric legs, and another surface thereof is bonded to the second base layer.

Description

열전소자 및 이를 포함하는 열전변환장치{THERMOELECTRIC ELEMENT AND THERMOELECTRIC CONVERSION DEVICE COMPRISING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a thermoelectric conversion device and a thermoelectric conversion device including the thermoelectric conversion device.

본 발명은 열전소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 더운 공기로부터의 열을 이용하여 발전시키는 열전변환장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a thermoelectric element, and more particularly, to a thermoelectric conversion device for generating electricity by using heat from hot air.

열전현상은 재료 내부의 전자(electron)와 정공(hole)의 이동에 의해 발생하는 현상으로, 열과 전기 사이의 직접적인 에너지 변환을 의미한다.Thermoelectric phenomenon is a phenomenon caused by the movement of electrons and holes inside a material, which means direct energy conversion between heat and electricity.

열전 소자는 열전현상을 이용하는 소자를 총칭하며, P형 열전 재료와 N형 열전 재료를 금속 전극들 사이에 접합시켜 PN 접합 쌍을 형성하는 구조를 가진다. Thermoelectric elements are collectively referred to as elements utilizing thermoelectric phenomenon and have a structure in which a p-type thermoelectric material and an n-type thermoelectric material are bonded between metal electrodes to form a PN junction pair.

열전 소자는 전기저항의 온도 변화를 이용하는 소자, 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제벡 효과를 이용하는 소자, 전류에 의한 흡열 또는 발열이 발생하는 현상인 펠티에 효과를 이용하는 소자 등으로 구분될 수 있다.The thermoelectric element can be classified into a device using a temperature change of electrical resistance, a device using a Seebeck effect that generates electromotive force by a temperature difference, a device using a Peltier effect that is a phenomenon in which heat is generated by heat or a heat is generated .

열전 소자는 가전제품, 전자부품, 통신용 부품 등에 다양하게 적용되고 있다. 예를 들어, 열전 소자는 냉각용 장치, 온열용 장치, 발전용 장치 등에 적용될 수 있다. 이에 따라, 열전 소자의 열전성능에 대한 요구는 점점 더 높아지고 있다.Thermoelectric devices are widely applied to household appliances, electronic components, and communication components. For example, a thermoelectric element can be applied to a cooling device, a heating device, a power generation device, and the like. As a result, there is a growing demand for thermoelectric performance of thermoelectric elements.

최근, 자동차, 선박 등의 엔진으로부터 발생한 폐열 및 열전소자를 이용하여 전기를 발생시키고자 하는 니즈가 있다. 이때, 발전성능을 높이기 위한 구조가 요구된다. BACKGROUND ART [0002] In recent years, there has been a need to generate electricity using waste heat and thermoelectric elements generated from engines such as automobiles and ships. At this time, a structure for enhancing power generation performance is required.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 열전소자 및 이를 이용하는 열전변환장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a thermoelectric conversion device and a thermoelectric conversion device using the same.

본 발명의 한 실시예에 따른 환형의 제1 베이스층, 상기 제1 베이스층과 소정 간격으로 이격되도록 상기 제1 베이스층을 둘러싸는 환형의 제2 베이스층, 상기 제1 베이스층 및 상기 제2 베이스층 사이에 교대로 배치되는 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그, 그리고 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 교대로 배치되는 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극을 포함하며, 상기 복수의 제1 전극 중 적어도 하나의 한 면은 P형 열전 레그에 접합하고, 다른 면은 N형 열전 레그에 접합하며, 또 다른 면은 상기 제1 베이스층에 접합하고, 상기 복수의 제2 전극 중 적어도 하나의 한 면은 N형 열전 레그에 접합하고, 다른 면은 P형 열전 레그에 접합하며, 또 다른 면은 상기 제2 베이스층에 접합한다. An annular first base layer according to an embodiment of the present invention; an annular second base layer surrounding the first base layer to be spaced apart from the first base layer by a predetermined distance; A plurality of P-type thermoelectric legs and a plurality of N-type thermoelectric legs alternately arranged between the base layers, and a plurality of first electrodes alternately arranged between the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs, Wherein at least one of the plurality of first electrodes is bonded to the P-type thermoelectric leg, the other surface is bonded to the N-type thermoelectric leg, and the other surface is bonded to the first base layer At least one of the plurality of second electrodes is bonded to the N-type thermoelectric leg, the other surface is bonded to the P-type thermoelectric leg, and the other surface is bonded to the second base layer.

상기 복수의 P형 열전 레그 중 하나는 제1 단자에 연결되고, 상기 복수의 N형 열전 레그 중 상기 제1 단자에 연결된 P형 열전 레그와 이웃하는 하나는 상기 제1 단자와 극성이 상이한 제2 단자에 연결될 수 있다.One of the plurality of P-type thermoelectric legs is connected to a first terminal, and one of the plurality of N-type thermoelectric legs adjacent to the P-type thermoelectric leg connected to the first terminal is connected to a second Terminal.

상기 복수의 제1 전극 중 적어도 하나의 단면은 상기 제2 베이스층 측으로부터 상기 제1 베이스층 측으로 가까워질수록 폭이 좁아지고, 상기 복수의 제2 전극 중 적어도 하나의 단면은 상기 제1 베이스층 측으로부터 상기 제2 베이스층 측으로 가까워질수록 폭이 넓어질 수 있다.Wherein at least one end surface of the plurality of first electrodes has a narrower width as it is closer to the first base layer side from the second base layer side, To the second base layer side.

상기 복수의 제1 전극 중 적어도 하나의 단면은 상기 P형 열전 레그 및 상기 N형 열전 레그가 상기 제1 베이스층과 이격되어 있는 공간에서 상기 제1 베이스층 측으로 가까워질수록 폭이 다시 넓어질 수 있다.At least one end surface of the plurality of first electrodes may be widened again as the P-type thermoelectric leg and the N-type thermoelectric leg are spaced apart from the first base layer toward the first base layer side have.

상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극은 솔더에 의하여 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 레그와 접합할 수 있다.The plurality of first electrodes and the plurality of second electrodes may be bonded to the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type legs by solder.

상기 제1 베이스층 및 상기 제2 베이스층 사이는 폴리머로 채워질 수 있다.The first base layer and the second base layer may be filled with a polymer.

상기 제1 베이스층 및 상기 제2 베이스층 중 적어도 하나는 표면이 아노다이징 처리된 알루미늄으로 이루어질 수 있다. At least one of the first base layer and the second base layer may be made of aluminum whose surface is anodized.

상기 제1 베이스층 및 상기 제2 베이스층 중 적어도 하나는 산화알루미늄으로 이루어질 수 있다. At least one of the first base layer and the second base layer may be made of aluminum oxide.

본 발명의 한 실시예에 따른 열전변환장치는 제1 열전소자 및 상기 제1 열전소자 상에 적층된 제2 열전소자를 포함하며, 상기 제1 열전소자 및 상기 제2 열전소자 각각은 환형의 제1 베이스층, 상기 제1 베이스층과 소정 간격으로 이격되도록 상기 제1 베이스층을 둘러싸는 환형의 제2 베이스층, 상기 제1 베이스층 및 상기 제2 베이스층 사이에 교대로 배치되는 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그, 그리고 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 교대로 배치되는 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극을 포함하며, 상기 복수의 제1 전극 중 적어도 하나의 한 면은 P형 열전 레그에 접합하고, 다른 면은 N형 열전 레그에 접합하며, 또 다른 면은 상기 제1 베이스층에 접합하고, 상기 복수의 제2 전극 중 적어도 하나의 한 면은 N형 열전 레그에 접합하고, 다른 면은 P형 열전 레그에 접합하며, 또 다른 면은 상기 제2 베이스층에 접합한다.The thermoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention includes a first thermoelectric element and a second thermoelectric element stacked on the first thermoelectric element, wherein each of the first thermoelectric element and the second thermoelectric element includes an annular member A first base layer, an annular second base layer surrounding the first base layer so as to be spaced apart from the first base layer by a predetermined distance, a plurality of P layers alternately arranged between the first base layer and the second base layer, Type thermoelectrons, a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes alternately arranged between the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs, wherein the plurality At least one of the first electrodes of the plurality of second electrodes is bonded to the P-type thermoelectric leg, the other surface is bonded to the N-type thermoelectric leg, and the other surface is bonded to the first base layer, At least one side is N-type Bonded to the entire leg and the other face is bonded, and the P-type thermoelectric legs, the other side is bonded to the second base layer.

상기 복수의 P형 열전 레그 중 하나는 제1 단자에 연결되고, 상기 복수의 N형 열전 레그 중 상기 제1 단자에 연결된 P형 열전 레그와 이웃하는 하나는 상기 제1 단자와 극성이 상이한 제2 단자에 연결되며, 상기 제1 열전소자 및 상기 제2 열전소자 각각은 상기 제1 단자, 교대로 배치된 복수의 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그, 그리고 상기 제2 단자가 시계 방향으로 배치되고, 상기 제1 열전소자의 상기 제1 단자는 상기 제2 열전소자의 상기 제2 단자와 연결되거나, 상기 제1 열전소자의 상기 제2 단자는 상기 제2 열전소자의 상기 제1 단자와 연결될 수 있다. One of the plurality of P-type thermoelectric legs is connected to a first terminal, and one of the plurality of N-type thermoelectric legs adjacent to the P-type thermoelectric leg connected to the first terminal is connected to a second Wherein each of the first thermoelectric element and the second thermoelectric element includes a first terminal, a plurality of P-type thermoelectric legs and an N-type thermoelectric leg alternately arranged, and the second terminal is arranged in a clockwise direction The first terminal of the first thermoelectric element is connected to the second terminal of the second thermoelectric element or the second terminal of the first thermoelectric element is connected to the first terminal of the second thermoelectric element have.

본 발명의 실시예에 따르면, 발전성능이 우수한 열전변환장치를 얻을 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 부피가 작으면서도 발전효율이 높은 열전변환장치를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 단위열전소자를 복수 개 적층함으로써 발전 용량을 증가시키는 것이 가능한 열전변환장치를 얻을 수 있다. According to the embodiment of the present invention, it is possible to obtain a thermoelectric conversion device having excellent power generation performance. Particularly, according to the embodiment of the present invention, it is possible to obtain a thermoelectric conversion device having a small volume and high power generation efficiency. Further, according to the embodiment of the present invention, it is possible to obtain a thermoelectric conversion device capable of increasing the power generation capacity by stacking a plurality of unit thermoelectric elements.

도 1은 열전소자의 단면도이고, 도 2는 열전소자의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열전소자의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전소자의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전소자의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전소자의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전변환장치의 분해사시도이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 변환장치의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전발전장치의 단자 연결 방법을 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전발전장치의 단자 연결 방법을 설명하는 도면이다.
Fig. 1 is a cross-sectional view of the thermoelectric element, and Fig. 2 is a perspective view of the thermoelectric element.
3 is a cross-sectional view of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a thermoelectric device according to another embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of a thermoelectric device according to another embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view of a thermoelectric device according to another embodiment of the present invention.
7 is an exploded perspective view of a thermoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention.
8 is a perspective view of a thermoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention.
9 is a view for explaining a method of connecting terminals of a thermoelectric generator according to an embodiment of the present invention.
10 is a view illustrating a method of connecting terminals of a thermoelectric generator according to another embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated and described in the drawings. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. The terms including ordinal, such as second, first, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the second component may be referred to as a first component, and similarly, the first component may also be referred to as a second component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.

도 1은 열전소자의 단면도이고, 도 2는 열전소자의 사시도이다.Fig. 1 is a cross-sectional view of the thermoelectric element, and Fig. 2 is a perspective view of the thermoelectric element.

도 1내지 2를 참조하면, 열전소자(100)는 하부기판(110), 하부전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 상부전극(150) 및 상부기판(160)을 포함한다.1 and 2, a thermoelectric element 100 includes a lower substrate 110, a lower electrode 120, a P-type thermoelectric leg 130, an N-type thermoelectric leg 140, an upper electrode 150, (160).

하부전극(120)은 하부기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 하면 사이에 배치되고, 상부전극(150)은 상부기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 상면 사이에 배치된다. 이에 따라, 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)는 하부전극(120) 및 상부전극(150)에 의하여 전기적으로 연결된다. 하부전극(120)과 상부전극(150) 사이에 배치되며, 전기적으로 연결되는 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 단위 셀을 형성할 수 있다. The lower electrode 120 is disposed between the lower substrate 110 and the lower surface of the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140, and the upper electrode 150 is disposed between the upper substrate 160 and the P- Type thermoelectric transducer 130 and the upper surface of the N-type thermoelectric leg 140. Accordingly, the plurality of P-type thermoelectric legs 130 and the plurality of N-type thermoelectric legs 140 are electrically connected by the lower electrode 120 and the upper electrode 150. A pair of P-type thermoelectric legs 130 and N-type thermoelectric legs 140, which are disposed between the lower electrode 120 and the upper electrode 150 and are electrically connected to each other, may form a unit cell.

예를 들어, 리드선(181, 182)을 통하여 하부전극(120) 및 상부전극(150)에 전압을 인가하면, 펠티에 효과로 인하여 P형 열전 레그(130)로부터 N형 열전 레그(140)로 전류가 흐르는 기판은 열을 흡수하여 냉각부로 작용하고, N형 열전 레그(140)로부터 P형 열전 레그(130)로 전류가 흐르는 기판은 가열되어 발열부로 작용할 수 있다.For example, when a voltage is applied to the lower electrode 120 and the upper electrode 150 through the lead wires 181 and 182, the current flows from the P-type thermoelectric leg 130 to the N-type thermoelectric leg 140 due to the Peltier effect, The substrate on which the current flows can act as a cooling part, and the substrate through which current flows from the N-type thermoelectric leg 140 to the P-type thermoelectric leg 130 can be heated and act as a heat generating part.

여기서, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te)를 주원료로 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. P형 열전 레그(130)는 전체 중량 100wt%에 대하여 안티몬(Sb), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 주원료 물질 99 내지 99.999wt%와 Bi 또는 Te를 포함하는 혼합물 0.001 내지 1wt%를 포함하는 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, 주원료물질이 Bi-Se-Te이고, Bi 또는 Te를 전체 중량의 0.001 내지 1wt%로 더 포함할 수 있다. N형 열전 레그(140)는 전체 중량 100wt%에 대하여 셀레늄(Se), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 주원료 물질 99 내지 99.999wt%와 Bi 또는 Te를 포함하는 혼합물 0.001 내지 1wt%를 포함하는 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, 주원료물질이 Bi-Sb-Te이고, Bi 또는 Te를 전체 중량의 0.001 내지 1wt%로 더 포함할 수 있다.Here, the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 may be bismuth telluride (Bi-Te) thermoelectric legs containing bismuth (Bi) and tellurium (Te) as main raw materials. The P-type thermoelectric leg 130 is formed of a material selected from the group consisting of antimony (Sb), nickel (Ni), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), lead (Pb), boron 99 to 99.999 wt% of a bismuth telluride (Bi-Te) based raw material containing at least one of gallium (Ga), tellurium (Te), bismuth (Bi) and indium (In) and 0.001 Lt; / RTI > to 1 wt%. For example, the base material may be Bi-Se-Te, and may further contain Bi or Te in an amount of 0.001 to 1 wt% of the total weight. The N-type thermoelectric leg 140 is made of selenium (Se), nickel (Ni), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), lead (Pb), boron (B) 99 to 99.999 wt% of a bismuth telluride (Bi-Te) based raw material containing at least one of gallium (Ga), tellurium (Te), bismuth (Bi) and indium (In) and 0.001 Lt; / RTI > to 1 wt%. For example, the base material may be Bi-Sb-Te and may further contain Bi or Te in an amount of 0.001 to 1 wt% of the total weight.

P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 벌크형 또는 적층형으로 형성될 수 있다. 일반적으로 벌크형 P형 열전 레그(130) 또는 벌크형 N형 열전 레그(140)는 열전 소재를 열처리하여 잉곳(ingot)을 제조하고, 잉곳을 분쇄하고 체거름하여 열전 레그용 분말을 획득한 후, 이를 소결하고, 소결체를 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다. 적층형 P형 열전 레그(130) 또는 적층형 N형 열전 레그(140)는 시트 형상의 기재 상에 열전 소재를 포함하는 페이스트를 도포하여 단위 부재를 형성한 후, 단위 부재를 적층하고 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다.The P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 may be formed in a bulk or laminated form. Generally, the bulk type P-type thermoelectric leg 130 or the bulk N-type thermoelectric leg 140 is manufactured by heat-treating the thermoelectric material to produce an ingot, crushing and sieving the ingot to obtain a thermoelectric leg powder, Sintered body, and cutting the sintered body. The laminated P-type thermoelectric leg 130 or the laminated N-type thermoelectric leg 140 is formed by applying a paste containing a thermoelectric material on a sheet-shaped substrate to form a unit member, then stacking and cutting the unit member Can be obtained.

이때, 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 동일한 형상 및 체적을 가지거나, 서로 다른 형상 및 체적을 가질 수 있다. 예를 들어, P형 열전 레그(130)와 N형 열전 레그(140)의 전기 전도 특성이 상이하므로, N형 열전 레그(140)의 높이 또는 단면적을 P형 열전 레그(130)의 높이 또는 단면적과 다르게 형성할 수도 있다. At this time, the pair of the P-type thermoelectric legs 130 and the N-type thermoelectric legs 140 may have the same shape and volume, or may have different shapes and volumes. Since the electrical conduction characteristics of the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 are different from each other, the height or the cross-sectional area of the N-type thermoelectric leg 140 may be set to a height or a cross- May be formed differently.

본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자의 성능은 제벡 지수로 나타낼 수 있다. 제백 지수(ZT)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. The performance of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention can be represented by a Gebeck index. The whiteness index (ZT) can be expressed by Equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, α는 제벡계수[V/K]이고, σ는 전기 전도도[S/m]이며, α2σ는 파워 인자(Power Factor, [W/mK2])이다. 그리고, T는 온도이고, k는 열전도도[W/mK]이다. k는 a·cp·ρ로 나타낼 수 있으며, a는 열확산도[cm2/S]이고, cp 는 비열[J/gK]이며, ρ는 밀도[g/cm3]이다.Here, α is the Seebeck coefficient [V / K], σ is the electric conductivity [S / m], and α 2 σ is the power factor (W / mK 2 ). T is the temperature, and k is the thermal conductivity [W / mK]. k is a · c p · ρ where a is the thermal diffusivity [cm 2 / S], c p is the specific heat [J / gK], and ρ is the density [g / cm 3 ].

열전소자의 제백 지수를 얻기 위하여, Z미터를 이용하여 Z 값(V/K)을 측정하며, 측정한 Z값을 이용하여 제벡 지수(ZT)를 계산할 수 있다. In order to obtain the whiteness index of the thermoelectric element, the Z value (V / K) is measured using a Z meter, and the Zebek index (ZT) can be calculated using the measured Z value.

여기서, 하부기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 하부전극(120), 그리고 상부기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 상부전극(150)은 구리(Cu), 은(Ag) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. Here, the lower electrode 120 disposed between the lower substrate 110 and the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140, the upper substrate 160 and the P-type thermoelectric leg 130, and the N- The upper electrode 150 disposed between the thermoelectric legs 140 may include at least one of copper (Cu), silver (Ag), and nickel (Ni).

그리고, 상호 대향하는 하부기판(110)과 상부기판(160)은 절연 기판 또는 금속 기판일 수 있다. 절연 기판은 알루미나 기판 또는 유연성을 가지는 고분자 수지 기판일 수 있다. 유연성을 가지는 고분자 수지 기판은 폴리이미드(PI), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 환상 올레핀 코폴리(COC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 레진(resin)과 같은 고투과성 플라스틱 등의 다양한 절연성 수지재를 포함할 수 있다. 또는, 절연 기판은 직물일 수도 있다. 금속 기판은 Cu, Cu 합금 또는 Cu-Al 합금을 포함할 수 있다. 또한, 하부기판(110)과 상부기판(160)이 금속 기판인 경우, 하부기판(110)과 하부전극(120) 사이 및 상부기판(160)과 상부전극(150) 사이에는 각각 유전체층(170)이 더 형성될 수 있다. 유전체층(170)은 5~10W/K의 열전도도를 가지는 소재를 포함할 수 있다. The lower substrate 110 and the upper substrate 160, which are opposite to each other, may be an insulating substrate or a metal substrate. The insulating substrate may be an alumina substrate or a polymer resin substrate having flexibility. The flexible polymer resin substrate having flexibility has high permeability such as polyimide (PI), polystyrene (PS), polymethyl methacrylate (PMMA), cyclic olefin copoly (COC), polyethylene terephthalate (PET) Plastic, and the like. Alternatively, the insulating substrate may be a fabric. The metal substrate may comprise Cu, a Cu alloy, or a Cu-Al alloy. When the lower substrate 110 and the upper substrate 160 are metal substrates, a dielectric layer 170 is formed between the lower substrate 110 and the lower electrode 120 and between the upper substrate 160 and the upper electrode 150, Can be formed. The dielectric layer 170 may include a material having a thermal conductivity of 5 to 10 W / K.

이때, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 원통 형상, 다각 기둥 형상, 타원형 기둥 형상 등을 가질 수 있다. At this time, the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140 may have a cylindrical shape, a polygonal columnar shape, an elliptical columnar shape, or the like.

또는, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 적층형 구조를 가질 수도 있다. 예를 들어, P형 열전 레그 또는 N형 열전 레그는 시트 형상의 기재에 반도체 물질이 도포된 복수의 구조물을 적층한 후, 이를 절단하는 방법으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 재료의 손실을 막고 전기 전도 특성을 향상시킬 수 있다.Alternatively, the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140 may have a laminated structure. For example, the P-type thermoelectric leg or the N-type thermoelectric leg may be formed by stacking a plurality of structures coated with a semiconductor material on a sheet-like base material and then cutting the same. Thus, it is possible to prevent the loss of the material and improve the electric conduction characteristic.

또는, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 존 멜팅(zone melting) 방식 또는 분말 소결 방식에 따라 제작될 수 있다. 존 멜팅 방식에 따르면, 열전 소재를 이용하여 잉곳(ingot)을 제조한 후, 잉곳에 천천히 열을 가하여 단일의 방향으로 입자가 재배열되도록 리파이닝하고, 천천히 냉각시키는 방법으로 열전 레그를 얻는다. 분말 소결 방식에 따르면, 열전 소재를 이용하여 잉곳을 제조한 후, 잉곳을 분쇄하고 체거름하여 열전 레그용 분말을 획득하고, 이를 소결하는 과정을 통하여 열전 레그를 얻는다.Alternatively, the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140 may be manufactured according to a zone melting method or a powder sintering method. According to the zone melting method, an ingot is produced using a thermoelectric material, refined to heat the ingot slowly in a single direction, and slowly cooled to obtain a thermoelectric leg. According to the powder sintering method, an ingot is produced using a thermoelectric material, and then the ingot is pulverized and sieved to obtain a thermoelectric material powder, and the thermoelectric material is obtained by sintering the thermoelectric material.

다만, 이러한 구조에 따르면, 흡열부 측과 방열부 측 각각에서 열 교환을 용이하게 하기 위하여 히트싱크가 배치되어야 한다. 히트싱크는 하부 기판(110) 및 상부 기판(160)에 각각 배치될 수 있다. 이때, 히트싱크의 부피가 크므로, 열전소자를 포함하는 열전변환장치의 크기도 커지는 문제가 있다. However, according to such a structure, a heat sink must be disposed in order to facilitate heat exchange between the heat absorbing portion side and the heat radiating portion side. The heat sink may be disposed on the lower substrate 110 and the upper substrate 160, respectively. At this time, since the volume of the heat sink is large, there is a problem in that the size of the thermoelectric conversion device including the thermoelectric element becomes large.

또한, 이러한 구조에 따르면, 미리 정해진 발전량 외에 추가로 발전량을 늘리는 것이 용이하지 않은 문제가 있다. Further, according to this structure, there is a problem that it is not easy to further increase the power generation amount in addition to the predetermined power generation amount.

본 발명의 실시예에 따르면, 열전소자의 구조를 이용하여 작은 부피로 높은 발전 효율을 구현하고자 한다. According to the embodiment of the present invention, it is desired to realize high power generation efficiency with a small volume using the structure of the thermoelectric element.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열전소자의 단면도이다. 3 is a cross-sectional view of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 열전소자(300)는 제1 베이스층(310), 제2 베이스층(320), 복수의 P형 열전 레그(330), 복수의 N형 열전 레그(340), 복수의 제1 전극(350) 및 복수의 제2 전극(360)을 포함한다. 3, the thermoelectric element 300 includes a first base layer 310, a second base layer 320, a plurality of P-type thermoelectric legs 330, a plurality of N-type thermoelectric legs 340, And includes a first electrode 350 and a plurality of second electrodes 360.

제1 베이스층(310) 및 제2 베이스층(320)은 모두 환형이며, 제2 베이스층(320)은 제1 베이스층(310)과 소정 간격으로 이격되도록 제1 베이스층(310)을 둘러쌀 수 있다. 제1 베이스층(310) 및 제2 베이스층(320)은 모두 열전도성이 있는 절연층일 수 있다. 이를 위하여, 제1 베이스층(310) 및 제2 베이스층(320)은 산화알루미늄으로 이루어지거나, 또는 표면이 아노다이징 처리된 알루미늄으로 이루어질 수 있다. 또는, 제1 베이스층(310) 및 제2 베이스층(320)은 열전도성이 있는 고분자 수지 조성물로 이루어질 수도 있다. The first base layer 310 and the second base layer 320 are all annular and the second base layer 320 is surrounded by the first base layer 310 so as to be spaced apart from the first base layer 310 by a predetermined distance It can be rice. The first base layer 310 and the second base layer 320 may all be thermally conductive insulating layers. For this purpose, the first base layer 310 and the second base layer 320 may be made of aluminum oxide, or the surface may be made of anodized aluminum. Alternatively, the first base layer 310 and the second base layer 320 may be made of a thermally conductive polymer resin composition.

도시된 바와 같이, 제1 베이스층(310) 및 제2 베이스층(320)은 중심이 동일하고, 반경이 상이한 원형의 속이 빈 환형일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 타원형, 사각형, 또는 오각형 이상의 속이 빈 환형일 수도 있다. As shown, the first base layer 310 and the second base layer 320 may be circular, hollow, of the same center and different in radius, but are not limited thereto, and may be elliptical, rectangular, or pentagonal The above hollow may be hollow.

복수의 P형 열전 레그(330) 및 복수의 N형 열전 레그(340)는 제1 베이스층(310) 및 제2 베이스층(320) 사이에 교대로 배치된다. 예를 들어, 제1 베이스층(310) 및 제2 베이스층(320) 사이의 공간을 따라 시계 방향으로 P형 열전 레그(330), N형 열전 레그(340), P형 열전 레그(330), N형 열전 레그(340)의 순서대로 순차적으로 배치되거나, N형 열전 레그(340), P형 열전 레그(330), N형 열전 레그(340), P형 열전 레그(330)의 순서대로 순차적으로 배치될 수 있다. 복수의 P형 열전 레그(330) 및 복수의 N형 열전 레그(340)의 형상, 구성, 조성, 제조 방법, 성능 등은 도 1 내지 2에서 설명한 내용과 유사하므로, 중복되는 설명을 생략한다.A plurality of P-type thermoelectric legs 330 and a plurality of N-type thermoelectric legs 340 are alternately arranged between the first base layer 310 and the second base layer 320. For example, the P-type thermoelectric leg 330, the N-type thermoelectric leg 340, the P-type thermoelectric leg 330, and the P-type thermoelectric leg 330 are arranged clockwise along the space between the first base layer 310 and the second base layer 320, The N-type thermoelectric legs 340 and the P-type thermoelectric legs 330 are sequentially arranged in this order from the side of the N-type thermoelectric legs 340, the N-type thermoelectric legs 340, Can be arranged sequentially. The configuration, composition, composition, manufacturing method, performance, and the like of the plurality of P-type thermoelectric legs 330 and the plurality of N-type thermoelectric legs 340 are similar to those described with reference to FIGS. 1 and 2, and thus duplicated description will be omitted.

그리고, 복수의 제1 전극(350) 및 복수의 제2 전극(360)은 복수의 P형 열전 레그(330) 및 복수의 N형 열전 레그(340) 사이에 교대로 배치된다. 예를 들어, 제1 베이스층(310) 및 제2 베이스층(320) 사이의 공간을 따라 시계 방향으로 P형 열전 레그(330), 제1 전극(350), N형 열전 레그(340), 제2 전극(360), P형 열전 레그(330), 제1 전극(350), N형 열전 레그(340)의 순서대로 순차적으로 배치되거나, N형 열전 레그(340), 제2 전극(360), P형 열전 레그(330), 제1 전극(350), N형 열전 레그(340), 제2 전극(360), P형 열전 레그(330)의 순서대로 순차적으로 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 베이스층(310) 및 제2 베이스층(320) 사이의 공간을 따라 시계 방향으로 전기가 흐를 수 있다. The plurality of first electrodes 350 and the plurality of second electrodes 360 are alternately arranged between the plurality of P-type thermoelectric legs 330 and the plurality of N-type thermoelectric legs 340. For example, the P-type thermoelectric leg 330, the first electrode 350, the N-type thermoelectric leg 340, and the P-type thermoelectric leg 330 are formed in a clockwise direction along a space between the first base layer 310 and the second base layer 320, The second electrode 360, the P-type thermoelectric leg 330, the first electrode 350 and the N-type thermoelectric leg 340 are sequentially arranged in this order, or the N-type thermoelectric leg 340 and the second electrode 360 The P-type thermoelectric leg 330, the first electrode 350, the N-type thermoelectric leg 340, the second electrode 360, and the P-type thermoelectric leg 330 may be sequentially arranged in this order. Accordingly, electric current can flow clockwise along the space between the first base layer 310 and the second base layer 320.

또한, 제1 전극(350)의 한 면(352)은 P형 열전 레그(330)에 접합하고, 다른 면(354))은 N형 열전 레그(340)에 접합하며, 또 다른 면(356)은 제1 베이스층(310)의 외주면에 접합한다. 그리고, 제2 전극(360)의 한 면(362)은 N형 열전 레그(340)에 접합하고, 다른 면(364)은 P형 열전 레그(330)에 접합하며, 또 다른 면(366)은 제2 베이스층(320)의 내주면에 접합한다. 이에 따라, 제1 베이스층(310) 및 제2 베이스층(320) 중 적어도 하나가 흡열부로 작용하며, 다른 하나는 방열부로 작용할 수 있다. 예를 들어, 제1 베이스층(310)이 방열부로 작용하며, 제2 베이스층(320)이 흡열부로 작용하면, 제1 베이스층(310)의 내주면이 이루는 관을 통하여 냉각수가 흐르고, 제2 베이스층(320)의 외부에는 폐열이 흐를 수 있다. 이와 반대로, 제1 베이스층(310)이 흡열부로 작용하며, 제2 베이스층(320)이 방열부로 작용하면, 제1 베이스층(310)의 내주면이 이루는 관을 통하여 폐열이 흐르고, 제2 베이스층(320)의 외부에는 냉각수가 흐를 수 있다.The other surface 354 of the first electrode 350 is joined to the P-type thermoelectric leg 330 and the other surface 354 is joined to the N-type thermoelectric leg 340, Is bonded to the outer peripheral surface of the first base layer (310). One surface 362 of the second electrode 360 is bonded to the N-type thermoelectric leg 340, the other surface 364 is bonded to the P-type thermoelectric leg 330, and the other surface 366 is bonded to the N- And is bonded to the inner peripheral surface of the second base layer 320. Accordingly, at least one of the first base layer 310 and the second base layer 320 functions as a heat absorbing portion, and the other may serve as a heat dissipating portion. For example, when the first base layer 310 functions as a heat dissipation portion and the second base layer 320 functions as a heat absorbing portion, cooling water flows through a tube formed by the inner peripheral surface of the first base layer 310, Waste heat can flow outside the base layer 320. On the contrary, when the first base layer 310 functions as a heat absorbing portion and the second base layer 320 functions as a heat dissipating portion, waste heat flows through a tube formed by the inner peripheral surface of the first base layer 310, Coolant may flow outside the layer 320.

여기서, 폐열은, 예를 들어 자동차, 선박 등의 엔진으로부터 발생하는 폐열일 수 있으며, 온도는 100℃ 이상, 바람직하게는 200℃ 이상, 더욱 바람직하게는 220℃ 내지 250℃일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다.The waste heat may be, for example, waste heat generated from an engine such as an automobile or a ship. The temperature may be 100 ° C or higher, preferably 200 ° C or higher, more preferably 220 ° C to 250 ° C, It is not.

그리고, 냉각수는 물일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 냉각 성능이 있는 다양한 종류의 유체일 수 있다. 냉각수의 온도는 100℃ 미만, 바람직하게는 50℃ 미만, 더욱 바람직하게는 40℃ 미만일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다.And, the cooling water may be water, but is not limited thereto, and may be various kinds of fluids having cooling performance. The temperature of the cooling water may be less than 100 ° C, preferably less than 50 ° C, more preferably less than 40 ° C, but is not limited thereto.

본 발명의 실시예에 따르면, 페열과 냉각수 간의 온도차, 즉 열전소자(300)의 흡열면 및 발열면 간의 온도차를 이용하여 전력을 생산할 수 있다. According to the embodiment of the present invention, electric power can be produced by using the temperature difference between the thermal head and the cooling water, that is, the temperature difference between the heat absorbing surface and the heat generating surface of the thermoelectric element 300.

이때, 제1 베이스층(310) 및 제2 베이스층(320)은 원형의 환형이므로, 소정의 곡률을 가진다. 이러한 곡률을 반영하여 제1 전극(350)과 P형 열전 레그(330), N형 열전 레그(340) 및 제1 베이스층(310) 간의 접합 및 제2 전극(360)과 N형 열전 레그(340), P형 열전 레그(330) 및 제2 베이스층(320) 간의 접합을 안정적으로 하기 위하여, 제1 베이스층(310)과 접합하는 제1 전극(350)의 단면은 제2 베이스층(320) 측으로부터 제1 베이스층(310) 측으로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성되고, 제2 베이스층(320)과 접합하는 제2 전극(360)의 단면은 제1 베이스층(310) 측으로부터 제2 베이스층(320) 측으로 갈수록 폭이 넓어질 수 있다. 이와 같이, 제1 전극(350) 및 제2 전극(360)의 형상을 이용하여 복수의 P형 열전 레그(330) 및 복수의 N형 열전 레그(340)를 원형으로 배치하는 것이 가능하다. At this time, since the first base layer 310 and the second base layer 320 have a circular annular shape, they have a predetermined curvature. The first electrode 350 and the P-type thermoelectric leg 330, the N-type thermoelectric leg 340 and the first base layer 310 and the junction between the second electrode 360 and the N-type thermoelectric leg The end face of the first electrode 350 joining with the first base layer 310 is formed in the second base layer 320 in order to stabilize the joining between the P type thermoelectric leg 330 and the second base layer 320. [ The second base 360 and the second base 360 are formed to have a width from the first base layer 310 toward the first base layer 310 and the second base 360 from the second base layer 320 to the second base 360, And the width may be increased toward the base layer 320 side. As described above, it is possible to arrange a plurality of the P-type thermoelectric legs 330 and the plurality of the N-type thermoelectric legs 340 circularly using the shapes of the first electrode 350 and the second electrode 360.

또한, 제1 전극(350)과 P형 열전 레그(330) 및 N형 열전 레그(340) 간의 접합 및 제2 전극(360)과 N형 열전 레그(340) 및 P형 열전 레그(330) 간의 접합을 위하여, 솔더가 이용될 수 있다. 즉, 복수의 제1 전극(350) 및 복수의 제2 전극(360)은 솔더(370)에 의하여 복수의 P형 열전 레그(330) 및 복수의 N형 열전 레그(340)와 접합할 수 있다. The connection between the first electrode 350 and the P-type thermoelectric leg 330 and the N-type thermoelectric leg 340 and the connection between the second electrode 360 and the N-type thermoelectric leg 340 and the P- For bonding, solder can be used. The plurality of first electrodes 350 and the plurality of second electrodes 360 can be bonded to the plurality of P-type thermoelectric legs 330 and the plurality of N-type thermoelectric legs 340 by solder 370 .

그리고, 제1 베이스층(310) 및 제2 베이스층(320) 사이의 빈 공간은 폴리머로 채워질 수 있다. 여기서, 폴리머는 강도, 내열성, 내충격성 및 내노화성이 높으며, 열전도도가 낮은 슈퍼 엔지니어링 플라스틱일 수 있다. 예를 들어, 폴리머는 폴리아세텔(POM), 폴리카보네이트(PC), 폴리이미드(PI), 폴리 에테르이미드(PEI), 폴리에테르에테르케튼(PEEK) 등일 수 있다. 이에 따라, 제1 베이스층(310) 및 제2 베이스층(320) 내에 배치된 복수의 P형 열전 레그(330), 복수의 N형 열전 레그(340), 복수의 제1 전극(350) 및 복수의 제2 전극(360)의 접합 구조를 안정적으로 지지할 수 있으며, 이들을 습기로부터 보호할 수 있다. The void space between the first base layer 310 and the second base layer 320 may be filled with a polymer. Here, the polymer may be a super engineering plastic having high strength, heat resistance, impact resistance and aging resistance, and low thermal conductivity. For example, the polymer can be polyacetal (POM), polycarbonate (PC), polyimide (PI), polyetherimide (PEI), polyetheretherketone (PEEK), and the like. Accordingly, a plurality of P-type thermoelectric legs 330, a plurality of N-type thermoelectric legs 340, a plurality of first electrodes 350, and a plurality of N-type thermoelectric elements 350 disposed in the first base layer 310 and the second base layer 320, The bonding structure of the plurality of second electrodes 360 can be stably supported and they can be protected from moisture.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 열전소자(300)에 전기를 공급하기 위하여, 복수의 P형 열전 레그(330) 중 하나는 제1 단자(380)에 연결되고, 복수의 N형 열전 레그(340) 중 하나는 제1 단자(380)와 극성이 상이한 제2 단자(382)에 연결될 수 있다. 이를 위하여, 제2 베이스층(320)은 폐쇄되지 않은 환형일 수 있다. 예를 들어, 제2 베이스층(320)은 일부가 오픈된 환형일 수 있으며, 오픈된 영역을 기준으로 시계 방향으로 첫 번째로 배치된 열전 레그에 제1 단자(380) 및 제2 단자(382) 중 하나가 연결되고, 마지막으로 배치된 열전 레그에 제1 단자(380) 및 제2 단자(382) 중 다른 하나가 연결될 수 있다. 예를 들어, 오픈된 영역을 기준으로 시계 방향으로 첫 번째로 배치된 열전 레그가 P형 열전 레그(330)이고, 마지막으로 배치된 열전 레그가 N형 열전 레그(340)인 경우, P형 열전 레그(330)에 제1 단자(380)가 연결되고, N형 열전 레그(340)에 제2 단자(382)가 연결될 수 있다. 또는, 오픈된 영역을 기준으로 시계 방향으로 첫 번째로 배치된 열전 레그가 N형 열전 레그(340)이고, 마지막으로 배치된 열전 레그가 P형 열전 레그(330)인 경우, N형 열전 레그(340)에 제2 단자(382)가 연결되고, P형 열전 레그(330)에 제1 단자(380)가 연결될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 제 1 베이스층(310)은 제 2 베이스층(320)과 마찬가지로 폐쇄되지 않은 환형일 수 있다. 예를 들어, 제 1 베이스층(310)은 일부가 오픈된 환형일 수 있다.In order to supply electricity to the thermoelectric element 300 according to the embodiment of the present invention, one of the plurality of P-type thermoelectric legs 330 is connected to the first terminal 380, and a plurality of N-type thermoelectric legs 340 may be connected to the second terminal 382 having a different polarity from the first terminal 380. To this end, the second base layer 320 may be annular that is not closed. For example, the second base layer 320 may be partially annular in shape and may include a first terminal 380 and a second terminal 382 in thermally conductive legs disposed first in a clockwise direction with respect to the open region, And the other of the first terminal 380 and the second terminal 382 may be connected to the finally disposed thermoelectric leg. For example, in the case where the thermoelectric leg arranged first in the clockwise direction on the basis of the opened region is the P-type thermoelectric leg 330 and the finally arranged thermoelectric leg is the N-type thermoelectric leg 340, The first terminal 380 may be connected to the leg 330 and the second terminal 382 may be connected to the N type thermoelectric leg 340. [ Alternatively, when the thermoelectric leg arranged first in the clockwise direction with respect to the opened region is the N-type thermoelectric leg 340 and the thermally-arranged last leg is the P-type thermoelectric leg 330, the N-type thermoelectric leg 340 and the first terminal 380 may be connected to the P-type thermoelectric leg 330. The first terminal 380 may be connected to the P- Although not shown, the first base layer 310 may be an annular, unclosed, like the second base layer 320. For example, the first base layer 310 may be partially annularly open.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전소자의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전소자의 단면도이며, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전소자의 단면도이다. 도 3에서 설명한 내용과 동일한 내용에 대해서는 중복된 설명을 생략한다. FIG. 4 is a cross-sectional view of a thermoelectric device according to another embodiment of the present invention, FIG. 5 is a cross-sectional view of a thermoelectric device according to another embodiment of the present invention, FIG. 6 is a cross-sectional view of a thermoelectric device according to another embodiment of the present invention, Sectional view. The same description as that of FIG. 3 will not be repeated.

도 4를 참조하면, 제1 베이스층(310)과 접합하는 제1 전극(350)의 단면은 나비 형상일 수도 있다. 즉, 제1 전극(350)의 단면은 P형 열전 레그(330) 및 N형 열전 레그(340) 사이에서는 제2 베이스층(320) 측으로부터 제1 베이스층(310) 측으로 가까워질수록 폭이 좁아지나, P형 열전 레그(330) 및 N형 열전 레그(340)와 제1 베이스층(310) 사이의 공간, 즉 P형 열전 레그(330) 및 N형 열전 레그(340)가 제1 베이스층(310)과 이격되어 있는 공간에서는 제1 베이스층(310) 측으로 가까워질수록 폭이 다시 넓어질 수 있다. 이에 따라, 제1 베이스층(310)과 제1 전극(350) 간의 접합 면적이 확보될 수 있으므로, 제1 전극(350)이 제1 베이스층(310)에 안정적으로 접합할 수 있으며, 제1 전극(350)과 제1 베이스층(310) 간의 열전달 효율이 높아질 수 있다. Referring to FIG. 4, a cross section of the first electrode 350 to be bonded to the first base layer 310 may be a butterfly shape. That is, the cross section of the first electrode 350 between the P-type thermoelectric legs 330 and the N-type thermoelectric legs 340 becomes narrower toward the first base layer 310 side from the second base layer 320 side The space between the P-type thermoelectric leg 330 and the N-type thermoelectric leg 340 and the first base layer 310, that is, the P-type thermoelectric leg 330 and the N-type thermoelectric leg 340, In the space that is separated from the layer 310, the width may be further widened toward the first base layer 310 side. As a result, the bonding area between the first base layer 310 and the first electrode 350 can be secured, so that the first electrode 350 can be stably bonded to the first base layer 310, The heat transfer efficiency between the electrode 350 and the first base layer 310 can be increased.

도 5를 참조하면, 제1 베이스층(310)의 내주면 및 제2 베이스층(320)의 외주면 중 적어도 하나에는 히트싱크 또는 방열핀(390)이 더 배치될 수도 있다. 히트싱크 또는 방열핀(390)은 열전도성을 가지며 유연할 수 있다. 이에 따라 환형의 관에 결합될 때 관과 제 1 베이스층(310)사이에 공차를 줄일 수 있으며 결합력을 향상시킬 수도 있다. 또한, 보다 촘촘하게 형성될 수도 있다. 이에 따라, 열전소자(300)의 열전달 효율을 높일 수 있다. 5, a heat sink or radiating fin 390 may be further disposed on at least one of the inner circumferential surface of the first base layer 310 and the outer circumferential surface of the second base layer 320. The heat sink or radiating fin 390 is thermally conductive and flexible. Thereby reducing the tolerance between the tube and the first base layer 310 when coupled to the annular tube and improving the bonding force. It may also be formed to be more compact. Accordingly, the heat transfer efficiency of the thermoelectric element 300 can be increased.

도 6을 참조하면, 제1 베이스층(310) 및 제2 베이스층(320)은 사각 형상일 수도 있다. 이때, 모서리 측에 배치되는 제1 전극(350) 또는 제2 전극(360)을 부채꼴 형상의 전극으로 배치하면, 복수의 P형 열전 레그(330) 및 복수의 N형 열전 레그(340)를 안정적으로 배치할 수 있다. 또한, 제 1 베이스층(310) 및 제 2 베이스층(320)이 사각형상으로 도 3 내지 도 5 환형과 형상의 차이 뿐 다른 구성은 동일하게 적용될 수 있다. Referring to FIG. 6, the first base layer 310 and the second base layer 320 may have a rectangular shape. The plurality of P-type thermoelectric legs 330 and the plurality of N-type thermoelectric legs 340 may be stably arranged by arranging the first electrode 350 or the second electrode 360 disposed at the corner side as a sector- As shown in FIG. In addition, the first base layer 310 and the second base layer 320 may have a rectangular shape, and the other constructions may be similarly applied, except for the difference between the annular shape and the shape of FIG. 3 to FIG. 5.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 열전소자는 단위 열전소자일 수 있으며, 복수의 단위 열전소자는 하나의 열전변환장치를 이룰 수 있다. Meanwhile, the thermoelectric element according to the embodiment of the present invention may be a unit thermoelectric element, and a plurality of unit thermoelectric elements may constitute one thermoelectric conversion apparatus.

도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전변환장치의 분해사시도이고, 도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 변환장치의 사시도이다. FIG. 7 is an exploded perspective view of a thermoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a perspective view of a thermoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention.

도 7 내지 8을 참조하면, 열전변환장치(700)는 제1 열전소자(710) 및 제1 열전소자(710) 상에 배치된 제2 열전소자(720)를 포함할 수 있다. 제1 열전소자(710) 및 제2 열전소자(720)의 구조는 도 3 내지 6에서 설명한 열전소자(300)의 구조와 동일하므로, 도 3 내지 6에서 설명한 내용과 동일한 내용은 중복된 설명을 생략한다. 설명의 편의를 위하여 열전변환장치(700)가 두 개의 열전소자(710, 720)를 포함하는 것으로 예시되어 있으나, 이에 제한되지 않으며, 열전변환장치(700)는 복수의 열전소자를 포함할 수 있으며, 요구되는 발전용량에 따라 다양한 개수로 구성될 수 있다.7 to 8, the thermoelectric conversion device 700 may include a first thermoelectric conversion element 710 and a second thermoelectric conversion element 720 disposed on the first thermoelectric conversion element 710. The structure of the first thermoelectric element 710 and the second thermoelectric element 720 is the same as the structure of the thermoelectric element 300 described with reference to FIGS. 3 to 6, and thus the same contents as those described in FIGS. It is omitted. For convenience of explanation, the thermoelectric conversion device 700 is illustrated as including two thermoelectric elements 710 and 720, but the present invention is not limited thereto, and the thermoelectric conversion device 700 may include a plurality of thermoelectric elements , And may be configured in various numbers depending on the required power generation capacity.

본 발명의 실시예에 따르면, 제1 베이스층(310)의 높이는 제2 베이스층(320)의 높이보다 높으며, 제1 열전소자(710) 및 제2 열전소자(720)는 제1 베이스층(310)을 통하여 서로 결합될 수 있다. 예를 들어, 제1 베이스층(310)의 상면에는 홈(312)이 형성되며, 제1 열전소자(710)의 제1 베이스층(310)의 상면과 제2 열전소자(720)의 제1 베이스층(320)의 하면은 오링(730)에 의하여 실링될 수 있다. 이에 따라, 제1 베이스층(320)의 내주면에 의하여 형성된 공간은 외부로부터 기밀하게 격리될 수 있으므로, 냉각수가 흐르거나, 폐열이 흐르는 구조가 될 수 있다. 또는, 도시되지 않았으나, 제1 열전소자(710)의 제1 베이스층(310)의 상면과 제2 열전소자(720)의 제1 베이스층(310)의 하면은 나사산에 의하여 암수 체결될 수도 있다. The height of the first base layer 310 is higher than the height of the second base layer 320 and the first thermoelectric element 710 and the second thermoelectric element 720 are disposed on the first base layer 310, respectively. A groove 312 is formed in the upper surface of the first base layer 310 and a groove 312 is formed in the upper surface of the first base layer 310 of the first thermoelectric element 710 and the upper surface of the first thermoelectric element 720, The lower surface of the base layer 320 may be sealed by an O-ring 730. Accordingly, the space formed by the inner circumferential surface of the first base layer 320 can be airtightly isolated from the outside, so that cooling water flows or waste heat flows. Alternatively, although not shown, the upper surface of the first base layer 310 of the first thermoelectric element 710 and the lower surface of the first base layer 310 of the second thermoelectric element 720 may be female / .

제1 열전소자(710) 및 제2 열전소자(720)는 각각 커버(740)에 의하여 덮힐 수 있다.The first thermoelectric element 710 and the second thermoelectric element 720 may be covered by a cover 740, respectively.

이와 같은 구조에 따라, 복수의 열전소자는 요구되는 발전용량에 따라 자유롭게 착탈되는 것이 가능하다. According to this structure, it is possible to freely attach and detach a plurality of thermoelectric elements according to a required power generation capacity.

한편, 복수의 단위 열전소자를 하나의 열전발전장치로 구현하기 위하여, 제1 열전소자(710)의 제1 단자(380)는 제2 열전소자(720)의 제2 단자(382)에 연결되거나, 제1 열전소자(710)의 제2 단자(382)는 제2 열전소자(720)의 제1 단자(380)에 연결될 수 있다. The first terminal 380 of the first thermoelectric element 710 is connected to the second terminal 382 of the second thermoelectric element 720 or the first terminal 380 of the first thermoelectric element 710 is connected to the second thermoelectric element 720. [ And the second terminal 382 of the first thermoelectric element 710 may be connected to the first terminal 380 of the second thermoelectric element 720.

도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전발전장치의 단자 연결 방법을 설명하는 도면이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전발전장치의 단자 연결 방법을 설명하는 도면이다. 설명의 편의를 위하여, 열전소자의 전체 구조 대신, 적층된 열전소자의 단자만을 도시하고 있다. FIG. 9 is a view for explaining a terminal connecting method of a thermoelectric generator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a view for explaining a terminal connecting method of a thermoelectric generator according to another embodiment of the present invention. For convenience of explanation, only the terminals of the stacked thermoelectric elements are shown instead of the entire structure of the thermoelectric elements.

도 9 내지 10을 참조하면, 4 개의 단위 열전소자가 적층된 구조를 예시한다. 도 9에서는 적층된 4개의 단위 열전소자가 모두 제1 단자(380), 교대로 배치된 복수의 P형 열전 레그(330) 및 복수의 N형 열전 레그(340), 그리고 제2 단자(382)가 시계 방향으로 배치되는 경우의 단자 연결 방법을 나타내고, 도 10에서는 적층된 4개의 단위 열전소자 중 두 개의 단위 열전소자는 제1 단자(380), 교대로 배치된 복수의 P형 열전 레그(330) 및 복수의 N형 열전 레그(340), 그리고 제2 단자(382)가 시계 방향으로 배치되고, 이들 두 개의 단위 열전소자와 교대로 배치되는 다른 두 개의 단위 열전소자는 제2 단자(382), 교대로 배치된 복수의 N형 열전 레그(340) 및 복수의 P형 열전 레그(330), 그리고 제1 단자(380)가 시계 방향으로 배치되는 경우의 단자 연결 방법을 나타낸다. 9 to 10, a structure in which four unit thermoelectric elements are stacked is illustrated. 9, all the four unit thermoelectric elements stacked include a first terminal 380, a plurality of P-type thermoelectric legs 330 and a plurality of N-type thermoelectric legs 340 arranged alternately, and a second terminal 382, 10, the two unit thermoelectric elements of the four unit thermoelectric elements stacked include a first terminal 380, a plurality of P-type thermoelectric legs 330 alternately arranged A plurality of N-type thermoelectric elements 340 and a plurality of second terminals 382 are arranged in a clockwise direction, and the other two thermoelectric elements arranged alternately with these two thermoelectric elements are connected to a second terminal 382, A plurality of N-type thermoelectric legs 340 and a plurality of P-type thermoelectric legs 330 arranged alternately and a first terminal 380 are arranged in a clockwise direction.

도 9를 참조하면, 하나의 단위 열전소자의 제1 단자(380)와 다른 단위 열전소자의 제2 단자(382)를 연결하기 위한 와이어(W)는 사선 방향으로 배치될 수 있다.Referring to FIG. 9, the wires W for connecting the first terminal 380 of one unit thermoelectric element and the second terminal 382 of another unit thermoelectric element may be arranged diagonally.

도 10을 참조하면, 하나의 단위 열전소자의 제1 단자(380)와 다른 단위 열전소자의 제2 단자(382)를 연결하기 위한 와이어(W)는 직선 방향으로 배치될 수 있다. Referring to FIG. 10, the wires W for connecting the first terminal 380 of one unit thermoelectric element and the second terminal 382 of another unit thermoelectric element may be arranged in a straight line.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims It can be understood that

Claims (10)

환형의 제1 베이스층,
상기 제1 베이스층과 소정 간격으로 이격되도록 상기 제1 베이스층을 둘러싸는 환형의 제2 베이스층,
상기 제1 베이스층 및 상기 제2 베이스층 사이에 교대로 배치되는 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그, 그리고
상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 교대로 배치되는 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극을 포함하며,
상기 복수의 제1 전극 중 적어도 하나의 한 면은 P형 열전 레그에 접합하고, 다른 면은 N형 열전 레그에 접합하며, 또 다른 면은 상기 제1 베이스층에 접합하고,
상기 복수의 제2 전극 중 적어도 하나의 한 면은 N형 열전 레그에 접합하고, 다른 면은 P형 열전 레그에 접합하며, 또 다른 면은 상기 제2 베이스층에 접합하는 열전소자.
An annular first base layer,
An annular second base layer surrounding the first base layer to be spaced apart from the first base layer by a predetermined distance,
A plurality of P-type thermoelectric legs and a plurality of N-type thermoelectric legs alternately arranged between the first base layer and the second base layer, and
A plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes alternately arranged between the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs,
At least one of the plurality of first electrodes is bonded to the P-type thermoelectric leg, the other surface is bonded to the N-type thermoelectric leg, and the other surface is bonded to the first base layer,
Wherein at least one surface of the plurality of second electrodes is bonded to the N-type thermoelectric leg, the other surface is bonded to the P-type thermoelectric leg, and the other surface is bonded to the second base layer.
제1항에 있어서,
상기 복수의 P형 열전 레그 중 하나는 제1 단자에 연결되고,
상기 복수의 N형 열전 레그 중 상기 제1 단자에 연결된 P형 열전 레그와 이웃하는 하나는 상기 제1 단자와 극성이 상이한 제2 단자에 연결된 열전소자.
The method according to claim 1,
One of the plurality of P-type thermoelectrons is connected to a first terminal,
And one of the plurality of N-type thermoelectric legs adjacent to the P-type thermoelectric leg connected to the first terminal is connected to a second terminal having a different polarity from the first terminal.
제1항에 있어서,
상기 복수의 제1 전극 중 적어도 하나의 단면은 상기 제2 베이스층 측으로부터 상기 제1 베이스층 측으로 가까워질수록 폭이 좁아지고,
상기 복수의 제2 전극 중 적어도 하나의 단면은 상기 제1 베이스층 측으로부터 상기 제2 베이스층 측으로 가까워질수록 폭이 넓어지는 열전소자.
The method according to claim 1,
At least one end face of the plurality of first electrodes is narrower in width from the second base layer side toward the first base layer side,
Wherein a cross section of at least one of the plurality of second electrodes increases in width from the first base layer side toward the second base layer side.
제3항에 있어서,
상기 복수의 제1 전극 중 적어도 하나의 단면은 상기 P형 열전 레그 및 상기 N형 열전 레그가 상기 제1 베이스층과 이격되어 있는 공간에서 상기 제1 베이스층 측으로 가까워질수록 폭이 다시 넓어지는 열전소자.
The method of claim 3,
Wherein at least one end surface of the plurality of first electrodes has a thermoelectric effect in which a width is further widened as the P-type thermoelectric transducer and the N-type thermoelectric transducer become closer to the first base layer side in a space apart from the first base layer, device.
제1항에 있어서,
상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극은 솔더에 의하여 상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 레그와 접합하는 열전소자.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of first electrodes and the plurality of second electrodes are bonded to the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type legs by solder.
제1항에 있어서,
상기 제1 베이스층 및 상기 제2 베이스층 사이는 폴리머로 채워진 열전소자.
The method according to claim 1,
Wherein the first base layer and the second base layer are filled with a polymer.
제1항에 있어서,
상기 제1 베이스층 및 상기 제2 베이스층 중 적어도 하나는 표면이 아노다이징 처리된 알루미늄으로 이루어진 열전소자.
The method according to claim 1,
Wherein at least one of the first base layer and the second base layer is made of aluminum whose surface is anodized.
제1항에 있어서,
상기 제1 베이스층 및 상기 제2 베이스층 중 적어도 하나는 산화알루미늄으로 이루어진 열전소자.
The method according to claim 1,
Wherein at least one of the first base layer and the second base layer is made of aluminum oxide.
제1 열전소자 및 상기 제1 열전소자 상에 적층된 제2 열전소자를 포함하며,
상기 제1 열전소자 및 상기 제2 열전소자 각각은
환형의 제1 베이스층,
상기 제1 베이스층과 소정 간격으로 이격되도록 상기 제1 베이스층을 둘러싸는 환형의 제2 베이스층,
상기 제1 베이스층 및 상기 제2 베이스층 사이에 교대로 배치되는 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그, 그리고
상기 복수의 P형 열전 레그 및 상기 복수의 N형 열전 레그 사이에 교대로 배치되는 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극을 포함하며,
상기 복수의 제1 전극 중 적어도 하나의 한 면은 P형 열전 레그에 접합하고, 다른 면은 N형 열전 레그에 접합하며, 또 다른 면은 상기 제1 베이스층에 접합하고,
상기 복수의 제2 전극 중 적어도 하나의 한 면은 N형 열전 레그에 접합하고, 다른 면은 P형 열전 레그에 접합하며, 또 다른 면은 상기 제2 베이스층에 접합하는
열전변환장치.
A first thermoelectric element and a second thermoelectric element stacked on the first thermoelectric element,
Each of the first thermoelectric element and the second thermoelectric element
An annular first base layer,
An annular second base layer surrounding the first base layer to be spaced apart from the first base layer by a predetermined distance,
A plurality of P-type thermoelectric legs and a plurality of N-type thermoelectric legs alternately arranged between the first base layer and the second base layer, and
A plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes alternately arranged between the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs,
At least one of the plurality of first electrodes is bonded to the P-type thermoelectric leg, the other surface is bonded to the N-type thermoelectric leg, and the other surface is bonded to the first base layer,
At least one of the plurality of second electrodes is bonded to the N-type thermoelectric leg, the other surface is bonded to the P-type thermoelectric leg, and the other surface is bonded to the second base layer
Thermoelectric conversion device.
제9항에 있어서,
상기 복수의 P형 열전 레그 중 하나는 제1 단자에 연결되고,
상기 복수의 N형 열전 레그 중 상기 제1 단자에 연결된 P형 열전 레그와 이웃하는 하나는 상기 제1 단자와 극성이 상이한 제2 단자에 연결되며,
상기 제1 열전소자 및 상기 제2 열전소자 각각은 상기 제1 단자, 교대로 배치된 복수의 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그, 그리고 상기 제2 단자가 시계 방향으로 배치되고, 상기 제1 열전소자의 상기 제1 단자는 상기 제2 열전소자의 상기 제2 단자와 연결되거나, 상기 제1 열전소자의 상기 제2 단자는 상기 제2 열전소자의 상기 제1 단자와 연결된 열전변환장치.
10. The method of claim 9,
One of the plurality of P-type thermoelectrons is connected to a first terminal,
One of the plurality of N-type thermoelectric legs adjacent to the P-type thermoelectric leg connected to the first terminal is connected to a second terminal having a different polarity from the first terminal,
Wherein each of the first thermoelectric element and the second thermoelectric element includes a first terminal, a plurality of P-type thermoelectric legs and an N-type thermoelectric leg alternately arranged, and the second terminal is arranged in a clockwise direction, Wherein the first terminal of the element is connected to the second terminal of the second thermoelectric element or the second terminal of the first thermoelectric element is connected to the first terminal of the second thermoelectric element.
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