KR20190117134A

KR20190117134A - Heat conversion device

Info

Publication number: KR20190117134A
Application number: KR1020180040278A
Authority: KR
Inventors: 이언학; 김태웅; 전성재
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2018-04-06
Filing date: 2018-04-06
Publication date: 2019-10-16
Also published as: KR102492207B1

Abstract

According to one embodiment of the present invention, a heat conversion device comprises: a first unit module; a second unit module disposed on a side surface of the first unit module; an air through pipe provided to integrally surround the first unit module and the second unit module while being spaced by a predetermined distance from the first unit module and the second unit module; an air inflow pipe connected to the air through pipe at the first unit module; and an air discharge pipe connected to the air through pipe at the second unit module. Each of the first unit module and the second unit module comprises: a coolant through pipe including a first surface, a second surface facing the first surface, a third surface disposed between the first surface and the second surface, and a fourth surface facing the third surface while being disposed between the first surface and the second surface; a first thermoelectric module disposed on the first surface; and a second thermoelectric module disposed on the second surface. According to the present invention, the heat conversion device can be easily assembled.

Description

Heat Converter {HEAT CONVERSION DEVICE}

본 발명은 열변환장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 더운 공기로부터의 열을 이용하여 발전시키는 열변환장치에 관한 것이다.The present invention relates to a heat conversion device, and more particularly to a heat conversion device for generating power 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 in a material, and means a 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. A thermoelectric element is a generic term for a device using a thermoelectric phenomenon, and has 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.Thermoelectric elements may be classified into a device using a temperature change of the electrical resistance, a device using the Seebeck effect, a phenomenon in which electromotive force is generated by the temperature difference, a device using a Peltier effect, a phenomenon in which endothermic or heat generation by current occurs. .

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 have been applied to a variety of home appliances, electronic components, communication components and the like. For example, the thermoelectric element may be applied to a cooling device, a heating device, a power generating device, or the like. Accordingly, the demand for thermoelectric performance of thermoelectric elements is increasing.

최근, 자동차, 선박 등의 엔진으로부터 발생한 폐열 및 열전소자를 이용하여 전기를 발생시키고자 하는 니즈가 있다. 이때, 발전성능을 높이기 위한 구조가 요구된다.Recently, there is a need to generate electricity by using waste heat and thermoelectric elements generated from engines such as automobiles and ships. At this time, a structure for increasing power generation performance is required.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 폐열을 이용하는 열변환장치를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a heat conversion device using waste heat.

본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치는 제1 단위 모듈, 상기 제1 단위 모듈의 측면에 배치되는 제2 단위 모듈, 상기 제1 단위 모듈 및 상기 제2 단위 모듈과 소정 간격으로 이격되도록 상기 제1 단위 모듈 및 상기 제2 단위 모듈을 일체로 둘러싸는 공기 통과 배관, 상기 제1 단위 모듈 측에서 상기 공기 통과 배관과 연결되는 공기 유입관, 그리고 상기 제2 단위 모듈 측에서 상기 공기 통과 배관과 연결되는 공기 배출관을 포함하며, 상기 제1 단위 모듈 및 상기 제2 단위 모듈 각각은, 제1면, 상기 제1 면에 대향하여 배치된 제2 면, 상기 제1 면과 상기 제2 면 사이에 배치된 제3 면, 및 제1 면과 상기 제2 면 사이에 배치되며 상기 제3 면과 대향하여 배치된 제4면을 포함하는 냉각수 통과 배관, 상기 제1 면에 배치된 제1 열전 모듈, 그리고 상기 제2 면에 배치된 제2 열전 모듈을 포함한다.The thermal conversion apparatus according to an embodiment of the present invention is spaced apart from the first unit module, the second unit module disposed on the side of the first unit module, the first unit module and the second unit module at a predetermined interval. An air passage pipe integrally surrounding a first unit module and the second unit module, an air inlet pipe connected to the air passage pipe at the first unit module side, and the air passage pipe at the second unit module side; And an air discharge pipe connected to each other, wherein each of the first unit module and the second unit module includes a first surface, a second surface disposed to face the first surface, and between the first surface and the second surface. A cooling water passage pipe including a third surface disposed and a fourth surface disposed between the first surface and the second surface and disposed to face the third surface, the first thermoelectric module disposed on the first surface, And a second disposed on the second surface Includes 2 thermoelectric modules.

각 냉각수 통과 배관의 상기 제3 면에 냉각수 유입구 및 냉각수 배출구가 배치될 수 있다.Cooling water inlet and cooling water outlet may be disposed on the third surface of each cooling water passing pipe.

공기는 상기 공기 유입관으로 유입되어 상기 공기 통과 배관을 통과한 후 상기 공기 배출관으로부터 배출되는 방향으로 이동하고, 냉각수는 상기 제2 단위 모듈에 포함된 냉각수 통과 배관의 냉각수 유입구로 유입되어 상기 제1 단위 모듈에 포함된 냉각수 통과 배관의 냉각수 배출구로부터 배출되는 방향으로 이동할 수 있다.Air flows into the air inlet pipe and passes through the air passage pipe and then moves in the direction discharged from the air discharge pipe, and the coolant flows into the coolant inlet of the coolant passage pipe included in the second unit module, thereby allowing the first to flow. It may move in a direction discharged from the cooling water outlet of the cooling water passage pipe included in the unit module.

상기 제1 열전 모듈 및 상기 제2 열전 모듈 각각은, 상기 제1 면 또는 상기 제2 면에 배치된 열전소자, 그리고 상기 열전소자 상에서 상기 공기 통과 배관의 내부 표면을 향하도록 배치된 히트싱크를 포함하며, 상기 히트싱크는 상기 공기 통과 배관의 내부 표면과 소정 간격으로 이격될 수 있다.Each of the first thermoelectric module and the second thermoelectric module includes a thermoelectric element disposed on the first surface or the second surface, and a heat sink disposed on the thermoelectric element to face an inner surface of the air passage pipe. The heat sink may be spaced apart from the inner surface of the air passage pipe at predetermined intervals.

상기 제2 단위 모듈에 포함된 냉각수 통과 배관의 냉각수 배출구로부터 배출된 냉각수는 상기 제1 단위 모듈에 포함된 냉각수 통과 배관의 냉각수 유입구로 유입될 수 있다.Cooling water discharged from the cooling water discharge port of the cooling water passage pipe included in the second unit module may be introduced into the cooling water inlet of the cooling water passage pipe included in the first unit module.

각 냉각수 통과 배관의 내부에는 상기 제3 면의 내부 표면으로부터 상기 제4 면의 내부 표면으로 향하는 방향을 가지는 복수의 핀이 배치되며, 상기 복수의 핀 중 일부는 상기 제3 면의 내부 표면에 접촉하도록 배치되고, 상기 복수의 핀 중 나머지 일부는 상기 제3 면의 내부 표면에 접촉하지 않도록 배치되며, 상기 제3 면의 내부 표면에 접촉하지 않도록 배치된 복수의 핀은 상기 제3 면의 내부 표면에 접촉하도록 배치된 복수의 핀 사이에 배치될 수 있다.A plurality of fins having a direction from the inner surface of the third surface to the inner surface of the fourth surface are disposed inside each cooling water passage pipe, and some of the plurality of fins contact the inner surface of the third surface. A plurality of pins disposed so as not to contact the inner surface of the third surface, and the plurality of pins disposed so as not to contact the inner surface of the third surface are the inner surface of the third surface. It may be disposed between a plurality of pins arranged to contact the.

상기 제3 면의 내부 표면에 접촉하도록 배치된 복수의 핀은 상기 제4 면의 내부 표면에는 접촉하지 않도록 배치되고, 상기 제3 면의 내부 표면에 접촉하지 않도록 배치된 복수의 핀의 적어도 일부는 상기 제4 면의 내부 표면에도 접촉하지 않도록 배치될 수 있다.A plurality of pins arranged to contact the inner surface of the third surface is disposed so as not to contact the inner surface of the fourth surface, at least a portion of the plurality of pins arranged so as not to contact the inner surface of the third surface It may be arranged so as not to contact the inner surface of the fourth surface.

상기 제3 면의 내부 표면 및 상기 제4 면의 내부 표면에 모두 접촉하지 않도록 배치된 복수의 핀 사이에 상기 제4 면의 내부 표면에 접촉하며 상기 제4 면의 내부 표면으로부터 상기 제3 면의 내부 표면을 향하는 방향으로 배치된 내벽을 더 포함할 수 있다.A plurality of pins disposed so as not to contact both the inner surface of the third surface and the inner surface of the fourth surface, the inner surface of the fourth surface being in contact with the inner surface of the fourth surface, It may further include an inner wall disposed in the direction toward the inner surface.

상기 공기 통과 배관은 상기 공기 유입관과 접합하는 제1 플랜지부, 상기 공기 배출관과 접합하는 제2 플랜지부, 그리고 상기 제1 플랜지부와 상기 제2 플랜지부 사이를 연결하는 배관부를 포함하고, 상기 배관부는 상기 제1 면, 상기 제2 면, 상기 제3 면 및 상기 제4 면에 각각 대응하는 제5 면, 제6 면, 제7 면 및 제8 면을 포함하고, 상기 제1 플랜지부로부터 상기 제7면까지 이어지거나, 상기 제2 플랜지부로부터 상기 제7면까지 이어지는 홈이 형성되며, 상기 제1 플랜지부 또는 상기 제2 플랜지부에 형성된 홈의 높이는 상기 각 냉각수 통과 배관의 상기 제3 면에 형성된 냉각수 유입구 및 냉각수 배출구의 높이보다 높을 수 있다.The air passage pipe includes a first flange portion joined to the air inlet pipe, a second flange portion joined to the air discharge pipe, and a pipe portion connected between the first flange portion and the second flange portion, The pipe portion includes a fifth surface, a sixth surface, a seventh surface, and an eighth surface corresponding to the first surface, the second surface, the third surface, and the fourth surface, respectively, from the first flange portion. Grooves extending to the seventh surface or extending from the second flange portion to the seventh surface are formed, and the height of the groove formed in the first flange portion or the second flange portion is the third of the respective cooling water passage pipes. It may be higher than the height of the coolant inlet and the coolant outlet formed on the surface.

상기 제1 단위 모듈 및 상기 제2 단위 모듈 사이에 적어도 하나의 단위 모듈이 더 배치될 수 있다.At least one unit module may be further disposed between the first unit module and the second unit module.

본 발명의 실시예에 따르면, 발전성능이 우수한 열변환장치를 얻을 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 조립이 용이하고, 구조가 간단한 열변환장치를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 설치되는 공간 및 요구되는 발전량에 따라 크기를 조절하는 것이 용이한 열변환장치를 얻을 수 있다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to obtain a heat conversion device excellent in power generation performance. In particular, according to the embodiment of the present invention, it is possible to obtain a heat conversion device that is easy to assemble and has a simple structure. In addition, according to the embodiment of the present invention, it is possible to obtain a heat conversion device that is easy to adjust the size according to the space to be installed and the amount of power required.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치에 포함된 본체부의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치에 포함된 본체부의 분해사시도이다.
도 4(a)는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치에 포함된 본체부의 한 예이고, 도 4(b)는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치에 포함된 본체부의 다른 예이다.
도 5(a)는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치의 본체부에 포함된 열전모듈의 단면도이고, 도 5(b)는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치의 본체부에 포함된 열전모듈의 분해단면도이며, 도 5(c)는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치의 본체부에 포함된 열전모듈이 배치되는 냉각수 통과 배관의 상면도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치의 열전모듈에 포함된 열전소자의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치의 열전모듈에 포함된 열전소자의 사시도이다.
도 8(a)는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치에 포함된 복수의 단위 모듈의 한 예이고, 도 8(b)는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치에 포함된 복수의 단위 모듈의 다른 예이다.
도 9(a)는 본 발명의 한 실시예에 따른 냉각수 통과 배관의 내부 구조 및 냉각수 이동 경로를 나타내며, 도 9(b)는 본 발명의 한 실시예에 따른 냉각수 통과 배관의 냉각수 유입구 및 냉각수 배출구의 한 예이다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치의 공기 통과 배관의 사시도이다.
도 11(a)는 도 10의 공기 통과 배관이 결합된 본체부의 사시도이며, 도 11(b)는 공기 통과 배관이 결합된 본체부를 공기 유입구 측에서 본 평면도이다.1 is a perspective view of a heat conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view of a main body included in a heat conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is an exploded perspective view of a main body included in a thermal conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 (a) is an example of the body portion included in the heat conversion apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 4 (b) is another example of the body portion included in the heat conversion apparatus according to an embodiment of the present invention to be.
Figure 5 (a) is a cross-sectional view of the thermoelectric module included in the body portion of the thermoelectric conversion apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 5 (b) is a body portion of the thermal conversion apparatus according to an embodiment of the present invention 5 is an exploded cross-sectional view of the included thermoelectric module, Figure 5 (c) is a top view of the cooling water passage pipe in which the thermoelectric module included in the body portion of the thermoelectric conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view of a thermoelectric element included in a thermoelectric module of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
7 is a perspective view of a thermoelectric element included in a thermoelectric module of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
8 (a) is an example of a plurality of unit modules included in the thermal conversion apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 8 (b) is a plurality of included in the thermal conversion apparatus according to an embodiment of the present invention Another example of a unit module.
Figure 9 (a) shows the internal structure of the cooling water passage pipe and the cooling water movement path according to an embodiment of the present invention, Figure 9 (b) shows the cooling water inlet and cooling water outlet of the cooling water passage pipe according to an embodiment of the present invention. Is one example.
10 is a perspective view of the air passage pipe of the heat conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 11 (a) is a perspective view of the body portion coupled to the air passage pipe of Figure 10, Figure 11 (b) is a plan view of the body portion coupled to the air passage pipe viewed from the air inlet side.

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. As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated and described in the drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present 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. Terms including ordinal numbers, such as second and first, may be used to describe various components, but the components are not limited by the 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 the first component, and similarly, the first component may also be referred to as the second component. The term and / or includes a combination of a plurality of related items or any item of a plurality of related 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. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component 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 herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination 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. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this 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.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and the same or corresponding components will be given the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치에 포함된 본체부의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치에 포함된 본체부의 분해사시도이다. 도 4(a)는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치에 포함된 본체부의 한 예이고, 도 4(b)는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치에 포함된 본체부의 다른 예이다. 도 5(a)는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치의 본체부에 포함된 열전모듈의 단면도이고, 도 5(b)는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치의 본체부에 포함된 열전모듈의 분해단면도이며, 도 5(c)는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치의 본체부에 포함된 열전모듈이 배치되는 냉각수 통과 배관의 상면도이다. 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치의 열전모듈에 포함된 열전소자의 단면도이고, 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치의 열전모듈에 포함된 열전소자의 사시도이다. 1 is a perspective view of a heat conversion apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a perspective view of a main body included in the heat conversion apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is an embodiment of the present invention Is an exploded perspective view of the main body included in the heat conversion device according to. Figure 4 (a) is an example of the body portion included in the heat conversion apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 4 (b) is another example of the body portion included in the thermal conversion apparatus according to an embodiment of the present invention to be. Figure 5 (a) is a cross-sectional view of the thermoelectric module included in the body portion of the thermoelectric conversion apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 5 (b) is a body portion of the thermal conversion apparatus according to an embodiment of the present invention 5 is an exploded cross-sectional view of an included thermoelectric module, and FIG. 5 (c) is a top view of a cooling water passage pipe in which a thermoelectric module included in a main body of a thermoelectric device according to an exemplary embodiment of the present invention is disposed. 6 is a cross-sectional view of a thermoelectric element included in a thermoelectric module of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a perspective view of a thermoelectric element included in a thermoelectric module of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention. to be.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열변환장치(10)는 본체부(1000), 공기 유입관(2000) 및 공기 배출관(3000)을 포함한다. 1 to 4, the heat conversion apparatus 10 according to the exemplary embodiment of the present invention includes a main body 1000, an air inlet pipe 2000, and an air discharge pipe 3000.

공기 배출관(3000)으로부터 배출되는 공기의 온도는 공기 유입관(2000)으로 유입되는 공기의 온도보다 낮다. 예를 들어, 공기 유입관(2000)으로 유입되는 공기는 자동차, 선박 등의 엔진으로부터 발생하는 폐열일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 공기 유입관(2000)으로 유입되는 공기의 온도는 100℃ 이상, 바람직하게는 200℃ 이상, 더욱 바람직하게는 220℃ 내지 250℃일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. The temperature of the air discharged from the air discharge pipe 3000 is lower than the temperature of the air introduced into the air inlet pipe 2000. For example, the air flowing into the air inlet pipe 2000 may be waste heat generated from an engine such as a car or a ship, but is not limited thereto. For example, the temperature of the air introduced into the air inlet tube 2000 may be 100 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or higher, more preferably 220 ° C. to 250 ° C., but is not limited thereto.

공기는 공기 유입관(2000)으로 유입되어 본체부(1000)를 통과한 후, 공기 배출관(3000)으로부터 배출되는 방향으로 이동한다. 공기 유입관(2000) 및 공기 배출관(3000)의 단면 형상과 본체부(1000)의 단면 형상이 상이할 경우, 열변환장치(10)는 공기 유입관(2000)과 본체부(1000)를 연결하는 제1 연결관(2100) 및 본체부(1000)와 공기 배출관(3000)을 연결하는 제2 연결관(3100)을 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 일반적인 공기 유입관(2000) 및 공기 배출관(3000)은 원통 형상일 수 있다. 이에 반해, 열전성능을 높이기 위하여, 본체부(1000)에 포함되는 열전모듈(100)은 평면 상에 배치되어야 할 수 있다. 이에 따라, 한 말단은 원통 형상이고, 다른 말단은 사각통 형상인 제1 연결관(2100)과 제2 연결관(3100)을 매개로 공기 유입관(2000) 및 본체부(1000)의 한 말단이 연결되고, 공기 배출관(3000) 및 본체부(1000)의 다른 말단이 연결될 수 있다.The air flows into the air inlet pipe 2000, passes through the main body 1000, and then moves in a direction discharged from the air discharge pipe 3000. When the cross-sectional shape of the air inlet pipe 2000 and the air discharge pipe 3000 and the cross-sectional shape of the body portion 1000 are different, the heat conversion device 10 connects the air inlet pipe 2000 and the body portion 1000. The first connection pipe 2100 and the main body 1000 may further include a second connection pipe 3100 for connecting the air discharge pipe 3000. For example, the general air inlet tube 2000 and the air outlet tube 3000 may have a cylindrical shape. On the contrary, in order to increase thermoelectric performance, the thermoelectric module 100 included in the main body 1000 may be disposed on a plane. Accordingly, one end of the air inlet pipe 2000 and one end of the body portion 1000 via the first connecting pipe 2100 and the second connecting pipe 3100 having a cylindrical shape and the other end of the square cylindrical shape Is connected, the other end of the air discharge pipe 3000 and the main body 1000 may be connected.

이때, 공기 유입관(2000)과 제1 연결관(2100), 제1 연결관(2100)과 본체부(1000), 본체부(1000)와 제2 연결관(3100), 제2 연결관(3100)과 공기 배출관(3000) 등은 체결 부재에 의하여 서로 연결될 수 있다. At this time, the air inlet pipe 2000 and the first connector 2100, the first connector 2100 and the main body 1000, the main body 1000 and the second connector 3100, the second connector ( The 3100 and the air discharge pipe 3000 may be connected to each other by a fastening member.

본 발명의 실시예에 따른 열변환장치(10)는, 본체부(1000)를 통해 열전모듈(100)을 사이에 두고 흐르는 공기 및 냉각수 간의 온도 차, 즉 열전모듈(100)의 흡열면 및 발열면 간의 온도차를 이용하여 전력을 생산할 수 있다.In the heat conversion apparatus 10 according to the exemplary embodiment of the present invention, a temperature difference between air and cooling water flowing through the thermoelectric module 100 through the body part 1000, that is, the heat absorbing surface and the heat generation of the thermoelectric module 100 may be used. The difference in temperature between the planes can be used to generate power.

이를 위하여, 본체부(1000)는 복수의 단위 모듈(1100, 1200, 1400) 및 공기 통과 배관(1300)을 포함한다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여, 도 4(a)와 같이 복수의 단위 모듈은 제1 단위 모듈(1100) 및 제2 단위 모듈(1200)인 실시예를 중심으로 설명하고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 복수의 단위 모듈은 2 이상의 단위 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4(b)와 같이 제1 단위 모듈(1100) 및 제2 단위 모듈(1200) 사이에는 추가의 단위 모듈, 예를 들어 제3 단위 모듈(1400)이 더 배치될 수도 있다. 추가의 단위 모듈의 개수는 설치되는 공간 및 요구되는 발전량에 따라 달라질 수 있다. To this end, the main body 1000 includes a plurality of unit modules 1100, 1200, and 1400 and air passage pipes 1300. Hereinafter, for convenience of description, as illustrated in FIG. 4A, the plurality of unit modules are described with reference to an embodiment of the first unit module 1100 and the second unit module 1200, but the present disclosure is not limited thereto. In some embodiments, the plurality of unit modules may include two or more unit modules. For example, as illustrated in FIG. 4B, an additional unit module, for example, a third unit module 1400 may be further disposed between the first unit module 1100 and the second unit module 1200. The number of additional unit modules may vary depending on the space installed and the amount of power required.

제2 단위 모듈(1200)은 제1 단위 모듈(1100)의 측면에 배치되며, 공기 통과 배관(1300)은 제1 단위 모듈(1100) 및 제2 단위 모듈(1200)과 소정 간격으로 이격되도록 제1 단위 모듈(1100) 및 제2 단위 모듈(1200)을 일체로 둘러쌀 수 있다. The second unit module 1200 is disposed on a side surface of the first unit module 1100, and the air passage pipe 1300 is spaced apart from the first unit module 1100 and the second unit module 1200 at a predetermined interval. The first unit module 1100 and the second unit module 1200 may be integrally enclosed.

공기 유입관(2000)은 직접 또는 제1 연결관(2100)을 통하여 제1 단위 모듈(1100) 측에서 공기 통과 배관(1300)의 한 플랜지(1302)와 연결될 수 있으며, 공기 배출관(3000)은 직접 또는 제2 연결관(3100)을 통하여 제2 단위 모듈(1200) 측에서 공기 통과 배관(1300)의 다른 플랜지(1304)와 연결될 수 있다. The air inlet pipe 2000 may be connected to one flange 1302 of the air passage pipe 1300 at the side of the first unit module 1100 directly or through the first connection pipe 2100, and the air discharge pipe 3000 may be The second unit module 1200 may be directly connected to another flange 1304 of the air passage pipe 1300 at the side of the second unit module 1200.

여기서, 제1 단위 모듈(1100)과 제2 단위 모듈(1200) 각각은 제1 열전 모듈(100), 제2 열전 모듈(200) 및 냉각수 통과 배관(300)을 포함한다. Here, each of the first unit module 1100 and the second unit module 1200 includes a first thermoelectric module 100, a second thermoelectric module 200, and a coolant passage pipe 300.

이때, 냉각수 통과 배관(300)은 제1 면(302), 제1 면(302)에 대향하여 배치된 제2 면(304), 제1 면(302)과 제2 면(304) 사이에 배치된 제3 면(306), 및 제1 면(302)과 제2 면(304) 사이에 배치되며 제3 면(306)과 대향하여 배치된 제4 면(308)을 포함할 수 있고, 제1 면(302), 제2 면(304), 제3 면(306) 및 제4 면(308)에 의하여 이루어진 내부 공간을 통하여 냉각수가 통과할 수 있다. 예를 들어, 냉각용 유체는 물일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 냉각 성능이 있는 다양한 종류의 유체일 수 있다. 냉각수 통과 배관(300)으로 유입되는 냉각용 유체의 온도는 100℃ 미만, 바람직하게는 50℃ 미만, 더욱 바람직하게는 40℃ 미만일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 냉각수 통과 배관(300)을 통과한 후 배출되는 냉각용 유체의 온도는 냉각수 통과 배관(300)으로 유입되는 냉각용 유체의 온도보다 높을 수 있다.At this time, the coolant passage pipe 300 is disposed between the first surface 302, the second surface 304 disposed to face the first surface 302, and the first surface 302 and the second surface 304. A third face 306 and a fourth face 308 disposed between the first face 302 and the second face 304 and disposed opposite the third face 306, and Cooling water may pass through the internal space formed by the first side 302, the second side 304, the third side 306, and the fourth side 308. For example, the cooling fluid may be water, but is not limited thereto, and may be various kinds of fluids having cooling performance. The temperature of the cooling fluid flowing into the cooling water passage pipe 300 may be less than 100 ° C, preferably less than 50 ° C, more preferably less than 40 ° C, but is not limited thereto. The temperature of the cooling fluid discharged after passing through the cooling water passing pipe 300 may be higher than the temperature of the cooling fluid flowing into the cooling water passing pipe 300.

그리고, 제1 열전 모듈(100)은 냉각수 통과 배관(300)의 한 외부 표면, 예를 들어 제1 면(302)의 외부 표면에 배치되고, 제2 열전 모듈(200)은 냉각수 통과 배관(300)의 다른 외부 표면, 예를 들어 제2 면(304)의 외부 표면에 배치될 수 있다.The first thermoelectric module 100 is disposed on one outer surface of the cooling water passage pipe 300, for example, the outer surface of the first surface 302, and the second thermoelectric module 200 is the cooling water passage pipe 300. ) May be disposed on another outer surface, eg, the outer surface of the second face 304.

이와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 본체부(1000)의 중심에 배치된 냉각수 통과 배관(300)을 통하여 냉각수가 흐르고, 냉각수 통과 배관(300)의 외부 표면에 열전 모듈(100, 200)이 배치되며, 열전 모듈(100, 200)과 소정 간격으로 이격되어 열전 모듈(100, 200)을 둘러싸도록 공기 배관 덕트(1300)가 배치되는 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 열변환장치(10)는, 냉각수 통과 배관(300)을 통해 흐르는 냉각용 유체 및 공기 통과 배관(1300)을 통과하는 고온의 기체 간 온도 차, 즉 열전 모듈(100, 200)의 저온부 및 고온부 간의 온도 차를 이용하여 전력을 생산할 수 있다. 특히, 본 발명의 한 실시예에 따르면, 열전 모듈(100, 200), 예를 들어 열전 모듈(100, 200)의 히트싱크는 공기 배관 덕트(1300)를 흐르는 고온의 기체에 직접 노출될 수 있으므로, 열전 모듈(100, 200)의 저온부 및 고온부 간의 온도 차가 커지므로, 발전 효율을 높일 수 있다.As such, according to one embodiment of the present invention, the cooling water flows through the cooling water passage pipe 300 disposed at the center of the main body unit 1000, and the thermoelectric modules 100 and 200 are disposed on the outer surface of the cooling water passage pipe 300. ) May be disposed, and the air pipe duct 1300 may be disposed to be spaced apart from the thermoelectric modules 100 and 200 at predetermined intervals to surround the thermoelectric modules 100 and 200. Accordingly, the thermal conversion device 10 according to the embodiment of the present invention, the temperature difference between the cooling fluid flowing through the cooling water passage pipe 300 and the air passing through the air passage pipe 1300, that is, the thermoelectric module Electric power may be produced using the temperature difference between the low temperature portion and the high temperature portion of (100, 200). In particular, according to one embodiment of the invention, the heat sink of the thermoelectric module (100, 200), for example, the thermoelectric module (100, 200) can be directly exposed to the hot gas flowing through the air pipe duct 1300 Since the temperature difference between the low temperature portion and the high temperature portion of the thermoelectric modules 100 and 200 increases, power generation efficiency may be increased.

이때, 공기 배관 덕트(1300)의 내부 표면에는 단열층이 더 배치될 수 있다. 이에 따라, 공기 배관 덕트(1300)를 통과하는 공기의 온도가 외부로 유실되지 않을 수 있으며, 열전 모듈(100, 200)의 저온부 및 고온부 간 온도 차를 최대화할 수 있다. In this case, a heat insulating layer may be further disposed on the inner surface of the air pipe duct 1300. Accordingly, the temperature of the air passing through the air pipe duct 1300 may not be lost to the outside, and the temperature difference between the low temperature part and the high temperature part of the thermoelectric modules 100 and 200 may be maximized.

이때, 냉각수 유입구(310) 및 냉각수 배출구(320)는 각 냉각수 통과 배관(300)의 제3 면(306)에 배치될 수 있다. 공기가 공기 유입관(2000)으로 유입되어 공기 통과 배관(1300)을 통과한 후 공기 배출관(3000)으로부터 배출되는 방향으로 이동할 때, 냉각수는 제2 단위 모듈(1200)에 포함된 냉각수 통과 배관(300)의 냉각수 유입구(310)로 유입되어 제1 단위 모듈(1100)에 포함된 냉각수 통과 배관(300)의 냉각수 배출구(320)로 배출되는 방향으로 이동할 수 있다. 공기의 온도는 공기 유입관(2000)에 가까울수록 높고 공기 배출구(3000)에 가까울수록 낮으며, 냉각수의 온도는 제2 단위 모듈(1200)에 가까울수록 낮고, 제1 단위 모듈(1100)에 가까울수록 높으므로, 열전 모듈(100, 200)의 고온부 측과 저온부 측 간 온도 차, 즉 ΔT를 고르게 유지할 수 있으며, 이에 따라 본체부(1000)의 전 영역에서 고른 발전 성능을 얻을 수 있다. In this case, the coolant inlet 310 and the coolant outlet 320 may be disposed on the third surface 306 of each coolant passage pipe 300. When air flows into the air inlet pipe 2000 and passes through the air passage pipe 1300 and then moves in a direction discharged from the air discharge pipe 3000, the coolant passes through the coolant passage pipe included in the second unit module 1200. Inflow to the cooling water inlet 310 of the 300 may move in the direction of being discharged to the cooling water outlet 320 of the cooling water passage pipe 300 included in the first unit module 1100. The temperature of the air is higher as it is closer to the air inlet pipe 2000 and lower as it is closer to the air outlet 3000, and the temperature of the coolant is lower as it is closer to the second unit module 1200, and closer to the first unit module 1100. Since the higher the temperature, the temperature difference between the high temperature side and the low temperature side of the thermoelectric modules 100 and 200, that is, ΔT, may be maintained evenly, and thus, even power generation performance may be obtained in all areas of the main body 1000.

한편, 본체부(1000)는 단열층(1400) 및 실드층(1500)을 더 포함할 수 있다. Meanwhile, the body part 1000 may further include a heat insulating layer 1400 and a shield layer 1500.

단열층(1400)은 냉각수 통과 배관(300)의 외부 표면 중 열전 모듈(100, 200)이 배치되는 영역을 제외하고 냉각수 통과 배관(300)의 외부 표면을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 특히, 냉각수 통과 배관(300)의 외부 표면 중 열전 모듈(100, 200)이 배치되는 제1 면(302) 및 제2 면(304)에 배치되는 단열층(1402, 1404)으로 인하여 열전 모듈(100, 200)의 저온부 측과 고온부 측 간 단열이 유지될 수 있으므로, 발전 효율을 높일 수 있다. The heat insulation layer 1400 may be disposed to surround the outer surface of the coolant passage pipe 300 except for a region where the thermoelectric modules 100 and 200 are disposed among the outer surfaces of the coolant passage pipe 300. In particular, the thermoelectric module 100 may be formed due to the heat insulating layers 1402 and 1404 disposed on the first and second surfaces 302 and 304 of the outer surface of the cooling water passage pipe 300. , 200) can be maintained between the low temperature side and the high temperature side, it is possible to increase the power generation efficiency.

그리고, 실드층(1500)은 제1 단위 모듈(1100)에 포함되는 냉각수 통과 배관(300)의 제3 면(306) 및 제2 단위 모듈(1200)에 포함되는 냉각수 통과 배관(300)의 제3 면(306)을 일체로 커버하는 제1 실드층(1502)과 제1 단위 모듈(1100)에 포함되는 냉각수 통과 배관(300)의 제4 면(308) 및 제2 단위 모듈(1200)에 포함되는 냉각수 통과 배관(300)의 제4 면(308)을 일체로 커버하는 제2 실드층(1504)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 복수의 단위 모듈(1100, 1200)을 병렬로 연결하는 것이 가능하다. The shield layer 1500 is formed of the third surface 306 of the coolant passage pipe 300 included in the first unit module 1100 and the coolant passage pipe 300 included in the second unit module 1200. On the fourth surface 308 and the second unit module 1200 of the coolant passage pipe 300 included in the first shield layer 1502 and the first unit module 1100 integrally covering the three sides 306. It may include a second shield layer 1504 integrally covering the fourth surface 308 of the cooling water passage pipe 300 included. Accordingly, the plurality of unit modules 1100 and 1200 can be connected in parallel.

실드층(1500)은 제1 단위 부재(1100) 중 공기 유입관(2000)을 향하는 측면에 배치된 제3 실드층(1506)을 더 포함할 수도 있다. 이때, 제3 실드층(1506)은 공기 통과 배관(1300)의 내부 표면에 스크류를 통하여 체결되되, 히트싱크(190)가 배치되는 영역을 제외한 영역에 배치될 수 있다. 이에 따라, 공기 유입관(2000)으로 유입된 공기는 제1 열전 모듈(100) 측 및 제2 열전모듈(200) 측으로 고르게 분산되어 공기 통과 배관(1300)을 통과할 수 있다. The shield layer 1500 may further include a third shield layer 1506 disposed on a side of the first unit member 1100 that faces the air inlet pipe 2000. In this case, the third shield layer 1506 may be fastened to the inner surface of the air passage pipe 1300 through a screw, but may be disposed in an area except for an area in which the heat sink 190 is disposed. Accordingly, the air introduced into the air inlet pipe 2000 may be evenly distributed to the first thermoelectric module 100 side and the second thermoelectric module 200 side to pass through the air passage pipe 1300.

도 5 내지 7을 참조하면, 제1 열전모듈(100) 및 제2 열전모듈(200)은 스크류(S)를 이용하여 냉각수 통과 배관(300)과 체결될 수 있다. 이에 따라, 제1 열전모듈(100) 및 제2 열전모듈(200)은 냉각수 통과 배관(300)의 표면에 안정적으로 결합할 수 있다. 또는, 냉각수 통과 배관(300)은 써멀패드(thermal pad)를 통하여 냉각수 통과 배관(300)의 표면에 각각 접착될 수도 있다.5 to 7, the first thermoelectric module 100 and the second thermoelectric module 200 may be fastened to the cooling water passage pipe 300 using a screw S. Referring to FIGS. Accordingly, the first thermoelectric module 100 and the second thermoelectric module 200 may be stably coupled to the surface of the cooling water passage pipe 300. Alternatively, the cooling water passage pipe 300 may be bonded to the surface of the cooling water passage pipe 300 through a thermal pad, respectively.

설명의 편의를 위하여, 제1 열전모듈(100)을 예로 들어 설명하나, 동일한 내용은 제2 열전모듈(200)에도 적용될 수 있다. For convenience of description, the first thermoelectric module 100 is described as an example, but the same content may be applied to the second thermoelectric module 200.

제1 열전모듈(100)은 냉각수 통과 배관(300)의 제1 면(302)의 외부 표면에 배치된 열전소자 및 열전소자 상에 배치된 히트싱크(190)를 포함한다. 이때, 히트싱크(190)는 공기 통과 배관(1300)의 내부 표면을 향하여 배치되며, 공기 통과 배관(1300)의 내부 표면과 소정 간격으로 이격될 수 있다. 이에 따라, 공기 통과 배관(1300)을 통과하는 공기의 온도가 히트싱크(190)를 통하여 열전소자의 고온부 측에 효율적으로 전달될 수 있다. 그리고, 냉각수 통과 배관(300)의 제1 면(302)의 외부 표면과 열전소자 사이에는 알루미늄 플레이트(192)가 더 배치될 수도 있다. 알루미늄 플레이트(192)는 열전달 효율이 높으므로, 냉각수 통과 배관(300)을 통과하는 냉각수의 온도가 알루미늄 플레이트(192)를 통하여 열전소자의 저온부 측에 효율적으로 전달될 수 있다.The first thermoelectric module 100 includes a thermoelectric element disposed on an outer surface of the first surface 302 of the cooling water passage pipe 300 and a heat sink 190 disposed on the thermoelectric element. In this case, the heat sink 190 may be disposed toward the inner surface of the air passage pipe 1300, and may be spaced apart from the inner surface of the air passage pipe 1300 at predetermined intervals. Accordingly, the temperature of the air passing through the air passage pipe 1300 may be efficiently transmitted to the high temperature side of the thermoelectric element through the heat sink 190. In addition, an aluminum plate 192 may be further disposed between the outer surface of the first surface 302 of the cooling water passage pipe 300 and the thermoelectric element. Since the aluminum plate 192 has high heat transfer efficiency, the temperature of the coolant passing through the coolant passage pipe 300 may be efficiently transmitted to the low temperature side of the thermoelectric element through the aluminum plate 192.

각 열전소자는 제1 기판(110), 제1 기판(110) 상에 배치된 복수의 제1 전극(120), 복수의 제1 전극(120) 상에 배치된 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140), 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140) 상에 배치된 복수의 제2 전극(150), 그리고 복수의 제2 전극(150) 상에 배치된 제2 기판(160)을 포함한다. Each thermoelectric element includes a first substrate 110, a plurality of first electrodes 120 disposed on the first substrate 110, and a plurality of P-type thermoelectric legs 130 disposed on the plurality of first electrodes 120. ) And a plurality of N-type thermoelectric legs 140, a plurality of P-type thermoelectric legs 130, and a plurality of second electrodes 150 disposed on the plurality of N-type thermoelectric legs 140, and a plurality of second electrodes. And a second substrate 160 disposed on 150.

이때, 제1 전극(120)은 제1 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 하부 바닥면 사이에 배치되고, 제2 전극(150)은 제2 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 상부 바닥면 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라, 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)는 제1 전극(120) 및 제2 전극(150)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 전극(120)과 제2 전극(150) 사이에 배치되며, 전기적으로 연결되는 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 단위 셀을 형성할 수 있다. In this case, the first electrode 120 is disposed between the first substrate 110, the lower bottom surface of the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140, and the second electrode 150 is the second substrate. And an upper bottom surface of the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140. Accordingly, the plurality of P-type thermoelectric legs 130 and the plurality of N-type thermoelectric legs 140 may be electrically connected by the first electrode 120 and the second electrode 150. A pair of P-type thermoelectric legs 130 and N-type thermoelectric legs 140 disposed between the first electrode 120 and the second electrode 150 and electrically connected to each other may form a unit cell.

여기서, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Ti)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 a bismuth fluoride (Bi-Te) -based thermoelectric leg including bismuth (Bi) and tellurium (Ti) as a main raw material. P-type thermoelectric leg 130 is antimony (Sb), nickel (Ni), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), lead (Pb), boron (B), gallium relative to the total weight 100wt% A mixture comprising 99 to 99.999 wt% of bismuth telluride (Bi-Te) -based main raw material including at least one of (Ga), tellurium (Te), bismuth (Bi) and indium (In) and Bi or Te 0.001 It may be a thermoelectric leg including to 1wt%. For example, the main raw material is Bi-Se-Te, and may further include Bi or Te as 0.001 to 1wt% of the total weight. N-type thermoelectric leg 140 is selenium (Se), nickel (Ni), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), lead (Pb), boron (B), gallium relative to the total weight 100wt% A mixture comprising 99 to 99.999 wt% of bismuth telluride (Bi-Te) -based main raw material including at least one of (Ga), tellurium (Te), bismuth (Bi) and indium (In) and Bi or Te 0.001 It may be a thermoelectric leg including to 1wt%. For example, the main raw material is Bi-Sb-Te, and may further include Bi or Te as 0.001 to 1wt% 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 type or a stacked type. In general, the bulk P-type thermoelectric leg 130 or the bulk N-type thermoelectric leg 140 is a heat treatment of the thermoelectric material to produce an ingot (ingot), pulverizing and sieving the ingot to obtain a powder for thermoelectric legs, then Sintering, and can be obtained through the process of cutting the sintered body. The stacked P-type thermoelectric leg 130 or the stacked N-type thermoelectric leg 140 is formed by applying a paste including a thermoelectric material on a sheet-shaped substrate to form a unit member, and then stacking and cutting the unit members. 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. In this case, the pair of P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 may have the same shape and volume, or may have different shapes and volumes. For example, since the electrical conduction characteristics of the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 are different, the height or the cross-sectional area of the N-type thermoelectric leg 140 is the height or the cross-sectional area of the P-type thermoelectric leg 130. It can also be formed differently.

본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자의 성능은 제벡 지수로 나타낼 수 있다. 제백 지수(ZT)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. The performance of the thermoelectric device according to the exemplary embodiment of the present invention may be represented by Seebeck index. The Seebeck index ZT may be expressed as in Equation 1.

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·c_p·ρ로 나타낼 수 있으며, a는 열확산도[cm²/S]이고, c_p 는 비열[J/gK]이며, ρ는 밀도[g/cm³]이다.Where α is the Seebeck coefficient [V / K], sigma is the electrical conductivity [S / m], and α ² sigma is the Power Factor [W / mK ² ]. And T is the temperature and k is the thermal conductivity [W / mK]. k can be represented by a · c _p · ρ, a is thermal diffusivity [cm ² / S], c _p is specific heat [J / gK], and ρ is density [g / cm ³ ].

열전 소자의 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 Seebeck index of the thermoelectric element, the Z value (V / K) may be measured using a Z meter, and the Seebeck index (ZT) may be calculated using the measured Z value.

본 발명의 실시예에 따르면, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 도 6(b)에서 도시하는 구조를 가질 수도 있다. 도 6(b)를 참조하면, 열전 레그(130, 140)는 열전 소재층(132, 142), 열전 소재층(132, 142)의 한 면 상에 적층되는 제1 도금층(134, 144), 열전 소재층(132, 142)의 한 면과 대향하여 배치되는 다른 면에 적층되는 제2 도금층(134, 144), 열전 소재층(132, 142)과 제1 도금층(134, 144) 사이 및 열전 소재층(132, 142)과 제2 도금층(134, 144) 사이에 각각 배치되는 제1 접합층(136, 146) 및 제2 접합층(136, 146), 그리고 제1 도금층(134, 144) 및 제2 도금층(134, 144) 상에 각각 적층되는 제1 금속층(138, 148) 및 제2 금속층(138, 148)을 포함한다. According to an embodiment of the present invention, the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 may have a structure shown in FIG. 6 (b). Referring to FIG. 6B, the thermoelectric legs 130 and 140 may include the first plating layers 134 and 144 stacked on one surface of the thermoelectric material layers 132 and 142 and the thermoelectric material layers 132 and 142. Between the second plating layers 134 and 144, the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first plating layers 134 and 144, and the thermoelectric layer, which are stacked on the other surface disposed to face one surface of the thermoelectric material layers 132 and 142. First bonding layers 136 and 146 and second bonding layers 136 and 146 disposed between the material layers 132 and 142 and the second plating layers 134 and 144, respectively, and the first plating layers 134 and 144. And first metal layers 138 and 148 and second metal layers 138 and 148 stacked on the second plating layers 134 and 144, respectively.

여기서, 열전 소재층(132, 142)은 반도체 재료인 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te)을 포함할 수 있다. 열전 소재층(132, 142)은 도 6(a)에서 설명한 P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)와 동일한 소재 또는 형상을 가질 수 있다. Here, the thermoelectric material layers 132 and 142 may include bismuth (Bi) and tellurium (Te), which are semiconductor materials. The thermoelectric material layers 132 and 142 may have the same material or shape as the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140 described with reference to FIG. 6A.

그리고, 제1 금속층(138, 148) 및 제2 금속층(138, 148)은 구리(Cu), 구리 합금, 알루미늄(Al) 및 알루미늄 합금으로부터 선택될 수 있으며, 0.1 내지 0.5mm, 바람직하게는 0.2 내지 0.3mm의 두께를 가질 수 있다. 제1 금속층(138, 148) 및 제2 금속층(138, 148)의 열팽창 계수는 열전 소재층(132, 142)의 열팽창 계수와 비슷하거나, 더 크므로, 소결 시 제1 금속층(138, 148) 및 제2 금속층(138, 148)과 열전 소재층(132, 142) 간의 경계면에서 압축 응력이 가해지기 때문에, 균열 또는 박리를 방지할 수 있다. 또한, 제1 금속층(138, 148) 및 제2 금속층(138, 148)과 전극(120, 150) 간의 결합력이 높으므로, 열전 레그(130, 140)는 전극(120, 150)과 안정적으로 결합할 수 있다. In addition, the first metal layers 138 and 148 and the second metal layers 138 and 148 may be selected from copper (Cu), copper alloys, aluminum (Al), and aluminum alloys, and may be 0.1 to 0.5 mm, preferably 0.2. It may have a thickness of 0.3mm. Since the coefficients of thermal expansion of the first metal layers 138 and 148 and the second metal layers 138 and 148 are similar to or greater than those of the thermoelectric material layers 132 and 142, the first metal layers 138 and 148 when sintered. And a compressive stress is applied at the interface between the second metal layers 138 and 148 and the thermoelectric material layers 132 and 142, thereby preventing cracking or peeling. In addition, since the bonding force between the first metal layers 138 and 148 and the second metal layers 138 and 148 and the electrodes 120 and 150 is high, the thermoelectric legs 130 and 140 are stably coupled with the electrodes 120 and 150. can do.

다음으로, 제1 도금층(134, 144) 및 제2 도금층(134, 144)은 각각 Ni, Sn, Ti, Fe, Sb, Cr 및 Mo 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 1 내지 20㎛, 바람직하게는 1 내지 10㎛의 두께를 가질 수 있다. 제1 도금층(134, 144) 및 제2 도금층(134, 144)은 열전 소재층(132, 142) 내 반도체 재료인 Bi 또는 Te와 제1 금속층(138, 148) 및 제2 금속층(138, 148) 간의 반응을 막으므로, 열전 소자의 성능 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 제1 금속층(138, 148) 및 제2 금속층(138, 148)의 산화를 방지할 수 있다. Next, the first plating layers 134 and 144 and the second plating layers 134 and 144 may each include at least one of Ni, Sn, Ti, Fe, Sb, Cr, and Mo, and preferably 1 to 20 μm. Preferably it may have a thickness of 1 to 10㎛. The first plating layers 134 and 144 and the second plating layers 134 and 144 are Bi or Te, which are semiconductor materials in the thermoelectric material layers 132 and 142, the first metal layers 138 and 148, and the second metal layers 138 and 148. By preventing the reaction between the elements), not only the performance degradation of the thermoelectric element can be prevented, but also the oxidation of the first metal layers 138 and 148 and the second metal layers 138 and 148 can be prevented.

이때, 열전 소재층(132, 142)과 제1 도금층(134, 144) 사이 및 열전 소재층(132, 142)과 제2 도금층(134, 144) 사이에는 제1 접합층(136, 146) 및 제2 접합층(136, 146)이 배치될 수 있다. 이때, 제1 접합층(136, 146) 및 제2 접합층(136, 146)은 Te를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 접합층(136, 146) 및 제2 접합층(136, 146)은 Ni-Te, Sn-Te, Ti-Te, Fe-Te, Sb-Te, Cr-Te 및 Mo-Te 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 접합층(136, 146) 및 제2 접합층(136, 146) 각각의 두께는 0.5 내지 100㎛, 바람직하게는 1 내지 50㎛일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 열전 소재층(132, 142)과 제1 도금층(134, 144) 및 제2 도금층(134, 144) 사이에 Te를 포함하는 제1 접합층(136, 146) 및 제2 접합층(136, 146)을 미리 배치하여, 열전 소재층(132, 142) 내 Te가 제1 도금층(134, 144) 및 제2 도금층(134, 144)으로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, Bi 리치 영역의 발생을 방지할 수 있다.At this time, the first bonding layers 136 and 146 between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first plating layers 134 and 144, and between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the second plating layers 134 and 144. Second bonding layers 136 and 146 may be disposed. In this case, the first bonding layers 136 and 146 and the second bonding layers 136 and 146 may include Te. For example, the first bonding layers 136 and 146 and the second bonding layers 136 and 146 are Ni-Te, Sn-Te, Ti-Te, Fe-Te, Sb-Te, Cr-Te and Mo- It may include at least one of Te. According to an embodiment of the present invention, each of the first bonding layers 136 and 146 and the second bonding layers 136 and 146 may have a thickness of 0.5 to 100 µm, preferably 1 to 50 µm. According to an embodiment of the present invention, the first bonding layers 136 and 146 including Te between the thermoelectric material layers 132 and 142, the first plating layers 134 and 144, and the second plating layers 134 and 144, and The second bonding layers 136 and 146 may be disposed in advance to prevent the Te in the thermoelectric material layers 132 and 142 from diffusing into the first plating layers 134 and 144 and the second plating layers 134 and 144. . As a result, it is possible to prevent the occurrence of the Bi rich region.

한편, 제1 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 제1 전극(120), 그리고 제2 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 제2 전극(150)은 구리(Cu), 은(Ag) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함하며, 0.01mm 내지 0.3mm의 두께를 가질 수 있다. 제1 전극(120) 또는 제2 전극(150)의 두께가 0.01mm 미만인 경우, 전극으로서 기능이 떨어지게 되어 전기 전도 성능이 낮아질 수 있으며, 0.3mm를 초과하는 경우 저항의 증가로 인하여 전도 효율이 낮아질 수 있다.Meanwhile, the first electrode 120 disposed between the first substrate 110, the P-type thermoelectric leg 130, and the N-type thermoelectric leg 140, and the second substrate 160 and the P-type thermoelectric leg 130. And the second electrode 150 disposed between the N-type thermoelectric legs 140 may include at least one of copper (Cu), silver (Ag), and nickel (Ni), and may have a thickness of 0.01 mm to 0.3 mm. have. When the thickness of the first electrode 120 or the second electrode 150 is less than 0.01mm, the function of the electrode is reduced, the electrical conduction performance may be lowered, and when the thickness exceeds 0.3mm, the conduction efficiency may be lowered due to the increase in resistance. Can be.

그리고, 상호 대향하는 제1 기판(110)과 제2 기판(160)은 절연 기판 또는 금속 기판일 수 있다. 절연 기판은 알루미나 기판 또는 고분자 수지 기판일 수 있다. 고분자 수지 기판은 폴리이미드(PI), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 환상 올레핀 코폴리(COC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 고투과성 플라스틱 등의 다양한 절연성 수지재를 포함할 수 있다. In addition, the first substrate 110 and the second substrate 160 that face each other may be an insulating substrate or a metal substrate. The insulating substrate may be an alumina substrate or a polymer resin substrate. The polymer resin substrate is made of various insulating resin materials such as polyimide (PI), polystyrene (PS), polymethyl methacrylate (PMMA), cyclic olefin copoly (COC), and high permeability plastic such as polyethylene terephthalate (PET). It may include.

또는, 고분자 수지 기판은 에폭시 수지와 무기충전재를 포함하는 수지 조성물로 이루어진 열전도 기판일 수도 있다. 열전도 기판의 두께는 0.01 내지 0.65mm, 바람직하게는 0.01 내지 0.6mm, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.55mm일 수 있으며, 열전도도는 10W/mK이상, 바람직하게는 20W/mK이상, 더욱 바람직하게는 30W/mK 이상일 수 있다. Alternatively, the polymer resin substrate may be a heat conductive substrate made of a resin composition containing an epoxy resin and an inorganic filler. The thickness of the thermally conductive substrate may be 0.01 to 0.65 mm, preferably 0.01 to 0.6 mm, more preferably 0.01 to 0.55 mm, and the thermal conductivity is 10 W / mK or more, preferably 20 W / mK or more, more preferably. 30W / mK or more.

이를 위하여, 에폭시 수지는 에폭시 화합물 및 경화제를 포함할 수 있다. 이때, 에폭시 화합물 10 부피비에 대하여 경화제 1 내지 10 부피비로 포함될 수 있다. 여기서, 에폭시 화합물은 결정성 에폭시 화합물, 비결정성 에폭시 화합물 및 실리콘 에폭시 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 결정성 에폭시 화합물은 메조겐(mesogen) 구조를 포함할 수 있다. 메조겐(mesogen)은 액정(liquid crystal)의 기본 단위이며, 강성(rigid) 구조를 포함한다. 그리고, 비결정성 에폭시 화합물은 분자 중 에폭시기를 2개 이상 가지는 통상의 비결정성 에폭시 화합물일 수 있으며, 예를 들면 비스페놀 A 또는 비스페놀 F로부터 유도되는 글리시딜에테르화물일 수 있다. 여기서, 경화제는 아민계 경화제, 페놀계 경화제, 산무수물계 경화제, 폴리메르캅탄계 경화제, 폴리아미노아미드계 경화제, 이소시아네이트계 경화제 및 블록 이소시아네이트계 경화제 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 2 종류 이상의 경화제를 혼합하여 사용할 수도 있다.For this purpose, the epoxy resin may comprise an epoxy compound and a curing agent. At this time, it may be included in 1 to 10 volume ratio of the curing agent with respect to 10 volume ratio of the epoxy compound. Here, the epoxy compound may include at least one of a crystalline epoxy compound, an amorphous epoxy compound and a silicon epoxy compound. The crystalline epoxy compound may comprise a mesogen structure. Mesogen is a liquid crystal It is a basic unit and contains a rigid structure. The amorphous epoxy compound may be a conventional amorphous epoxy compound having two or more epoxy groups in a molecule, and may be, for example, glycidyl etherate derived from bisphenol A or bisphenol F. Herein, the curing agent may include at least one of an amine curing agent, a phenol curing agent, an acid anhydride curing agent, a polycapcaptan curing agent, a polyaminoamide curing agent, an isocyanate curing agent, and a block isocyanate curing agent, and two or more kinds of curing agents. It can also be mixed and used.

무기충전재는 산화알루미늄, 질화붕소 및 질화알루미늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 질화붕소는 복수의 판상의 질화붕소가 뭉쳐진 질화붕소 응집체를 포함할 수도 있다. 여기서, 질화붕소 응집체의 표면은 하기 단위체 1을 가지는 고분자로 코팅되거나, 질화붕소 응집체 내 공극의 적어도 일부는 하기 단위체 1을 가지는 고분자에 의하여 충전될 수 있다. The inorganic filler may include at least one of aluminum oxide, boron nitride, and aluminum nitride. In this case, the boron nitride may include a boron nitride aggregate in which a plurality of plate-like boron nitride is aggregated. Here, the surface of the boron nitride agglomerate may be coated with a polymer having the following unit 1, or at least a portion of the pores in the boron nitride agglomerate may be filled by the polymer having the unit 1 below.

단위체 1은 다음과 같다. Unit 1 is as follows.

[단위체 1][Unit 1]

여기서, R¹, R², R³ 및 R⁴ 중 하나는 H이고, 나머지는 C₁~C₃ 알킬, C₂~C₃ 알켄 및 C₂~C₃ 알킨으로 구성된 그룹에서 선택되고, R⁵는 선형, 분지형 또는 고리형의 탄소수 1 내지 12인 2가의 유기 링커일 수 있다. Wherein one of R ¹ , R ² , R ³ and R ⁴ is H, the other is selected from the group consisting of C ₁ -C ₃ alkyl, C ₂ -C ₃ alkenes and C ₂ -C ₃ alkyne, R ⁵ May be a linear, branched or cyclic divalent organic linker having 1 to 12 carbon atoms.

한 실시예로, R¹, R², R³ 및 R⁴ 중 H를 제외한 나머지 중 하나는 C₂~C₃ 알켄에서 선택되며, 나머지 중 다른 하나 및 또 다른 하나는 C₁~C₃ 알킬에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 고분자는 하기 단위체 2를 포함할 수 있다. In one embodiment, one of R ¹ , R ² , R ^3, and R ⁴ except H is selected from C ₂ to C ₃ alkenes, and the other and other ones are selected from C ₁ to C ₃ alkyl. Can be selected. For example, the polymer according to the embodiment of the present invention may include Unit 2 below.

[단위체 2][Unit 2]

또는, 상기 R¹, R², R³ 및 R⁴ 중 H를 제외한 나머지는 C₁~C₃ 알킬, C₂~C₃ 알켄 및 C₂~C₃ 알킨으로 구성된 그룹에서 서로 상이하도록 선택될 수도 있다.Alternatively, the rest of R ¹ , R ² , R ^3, and R ⁴ except H may be selected to be different from each other in a group consisting of C ₁ -C ₃ alkyl, C ₂ -C ₃ alkenes, and C ₂ -C ₃ alkyne. have.

이와 같이, 단위체 1 또는 단위체 2에 따른 고분자가 판상의 질화붕소가 뭉쳐진 질화붕소 응집체 상에 코팅되고, 질화붕소 응집체 내 공극의 적어도 일부를 충전하면, 질화붕소 응집체 내의 공기층이 최소화되어 질화붕소 응집체의 열전도 성능을 높일 수 있으며, 판상의 질화붕소 간의 결합력을 높여 질화붕소 응집체의 깨짐을 방지할 수 있다. 그리고, 판상의 질화붕소가 뭉쳐진 질화붕소 응집체 상에 코팅층을 형성하면, 작용기를 형성하기 용이해지며, 질화붕소 응집체의 코팅층 상에 작용기가 형성되면, 수지와의 친화도가 높아질 수 있다.In this way, when the polymer according to Unit 1 or Unit 2 is coated on the plated boron nitride agglomerates and fills at least a part of the pores in the boron nitride agglomerates, the air layer in the boron nitride agglomerates is minimized to obtain the boron nitride agglomerates. The heat conduction performance can be improved, and the bonding force between the plate-like boron nitride can be increased to prevent the breakage of the boron nitride agglomerates. When the coating layer is formed on the plated boron nitride agglomerates, the functional groups are easily formed, and when the functional groups are formed on the coating layer of the boron nitride agglomerates, the affinity with the resin may be increased.

제1 기판(110)과 제2 기판(160)이 고분자 수지 기판인 경우, 금속 기판에 비하여 얇은 두께, 높은 방열 성능 및 절연 성능을 가질 수 있다. 또한, 히트싱크(190) 또는 알루미늄 플레이트(192) 상에 도포된 반경화 상태의 고분자 수지층 상에 전극을 배치한 후 열압착할 경우, 별도의 접착층이 요구되지 않을 수 있다. When the first substrate 110 and the second substrate 160 are polymer resin substrates, the first substrate 110 and the second substrate 160 may have a thinner thickness, higher heat dissipation performance, and insulation performance than the metal substrate. In addition, when the electrode is placed on the semi-cured polymer resin layer coated on the heat sink 190 or the aluminum plate 192 and then thermally compressed, a separate adhesive layer may not be required.

이때, 제1 기판(110)과 제2 기판(160)의 크기는 다르게 형성될 수도 있다. 예를 들어, 제1 기판(110)과 제2 기판(160) 중 하나의 체적, 두께 또는 면적은 다른 하나의 체적, 두께 또는 면적보다 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 열전 소자의 흡열 성능 또는 방열 성능을 높일 수 있다. In this case, the size of the first substrate 110 and the second substrate 160 may be formed differently. For example, the volume, thickness, or area of one of the first substrate 110 and the second substrate 160 may be greater than the volume, thickness, or area of the other. Thereby, the heat absorbing performance or heat dissipation performance of a thermoelectric element can be improved.

또한, 제1 기판(110)과 제2 기판(160) 중 적어도 하나의 표면에는 방열 패턴, 예를 들어 요철 패턴이 형성될 수도 있다. 이에 따라, 열전 소자의 방열 성능을 높일 수 있다. 요철 패턴이 P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)와 접촉하는 면에 형성되는 경우, 열전 레그와 기판 간의 접합 특성도 향상될 수 있다. In addition, a heat radiation pattern, for example, an uneven pattern may be formed on at least one surface of the first substrate 110 and the second substrate 160. Thereby, the heat dissipation performance of a thermoelectric element can be improved. When the uneven pattern is formed on the surface in contact with the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140, the bonding characteristics between the thermoelectric leg and the substrate can also be improved.

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

본 발명의 한 실시예에 따르면, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 전극과 접합하는 부분의 폭이 넓게 형성될 수도 있다.According to an embodiment of the present invention, the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140 may be formed to have a wide width of the portion to be bonded to the electrode.

이하, 도면을 참조하며 냉각수의 이동을 더욱 구체적으로 설명하고자 한다. Hereinafter, with reference to the drawings will be described in more detail the movement of the cooling water.

도 8(a)는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치에 포함된 복수의 단위 모듈의 한 예이고, 도 8(b)는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치에 포함된 복수의 단위 모듈의 다른 예이다. 도 9(a)는 본 발명의 한 실시예에 따른 냉각수 통과 배관의 내부 구조 및 냉각수 이동 경로를 나타내며, 도 9(b)는 본 발명의 한 실시예에 따른 냉각수 통과 배관의 냉각수 유입구 및 냉각수 배출구의 한 예이다. 8 (a) is an example of a plurality of unit modules included in the thermal conversion apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 8 (b) is a plurality of included in the thermal conversion apparatus according to an embodiment of the present invention Another example of a unit module. Figure 9 (a) shows the internal structure of the cooling water passage pipe and the cooling water movement path according to an embodiment of the present invention, Figure 9 (b) shows the cooling water inlet and cooling water outlet of the cooling water passage pipe according to an embodiment of the present invention. Is one example.

도 8(a)에 도시된 바와 같이, 각 단위 모듈(1100, 1200)에 포함되는 각 냉각수 통과 배관(300)은 냉각수 유입구(310)와 냉각수 배출구(320)를 모두 포함할 수 있다. 이때, 제2 단위 모듈(1200)에 포함된 냉각수 통과 배관(300)의 냉각수 배출구(320)로부터 배출된 냉각수는 제1 단위 모듈(1100)에 포함된 냉각수 통과 배관(300)의 냉각수 유입구(310)로 유입될 수 있다. 또는, 도 8(b)에 도시된 바와 같이, 하나의 단위 모듈(1200)에 포함된 냉각수 통과 배관(300)이 냉각수 유입구(310)를 포함하면, 다른 단위 모듈(1100)에 포함된 냉각수 통과 배관(300)이 냉각수 배출구(320)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 8A, each of the cooling water passage pipes 300 included in each unit module 1100 and 1200 may include both a cooling water inlet 310 and a cooling water outlet 320. In this case, the coolant discharged from the coolant outlet 320 of the coolant passage pipe 300 included in the second unit module 1200 may be the coolant inlet 310 of the coolant passage pipe 300 included in the first unit module 1100. ) Can be introduced into. Alternatively, as shown in FIG. 8 (b), when the cooling water passage pipe 300 included in one unit module 1200 includes the cooling water inlet 310, the cooling water passage included in the other unit module 1100 passes. The pipe 300 may include a cooling water outlet 320.

도 9(a)를 참조하면, 각 냉각수 통과 배관(300)의 내부에는 제3 면(306)의 내부 표면으로부터 제4 면(308)의 내부 표면을 향하는 방향을 가지는 복수의 핀(330)이 배치될 수 있다. 이와 같이, 냉각수 통과 배관(300) 내부에 핀(330)이 형성되면, 냉각수와 냉각수 통과 배관(300) 간의 열 교환이 효율적으로 일어날 수 있다. 예를 들어, 냉각수 통과 배관(300) 내부에 핀(330)이 형성된 경우의 냉각수 통과 배관(300)의 표면 온도는 냉각수 통과 배관(300) 내부에 핀(330)이 형성되지 않은 경우의 냉각수 통과 배관(300)의 표면 온도에 비하여 약 2℃ 이상 낮을 수 있다.Referring to FIG. 9A, a plurality of fins 330 having a direction from the inner surface of the third surface 306 to the inner surface of the fourth surface 308 are formed inside each cooling water passage pipe 300. Can be arranged. As such, when the fins 330 are formed in the cooling water passage pipe 300, heat exchange between the cooling water and the cooling water passage pipe 300 may occur efficiently. For example, the surface temperature of the cooling water passage pipe 300 when the fin 330 is formed inside the cooling water passage pipe 300 is the cooling water passage when the fin 330 is not formed inside the cooling water passage pipe 300. It may be lower than about 2 ℃ compared to the surface temperature of the pipe (300).

이때, 복수의 핀(330) 중 일부(332)는 제3 면(306)의 내부 표면에 접촉하고, 복수의 핀(330) 중 나머지 일부(334)는 제3 면(306)의 내부 표면에 접촉하지 않도록 배치되며, 제3 면(306)의 내부 표면에 접촉하지 않도록 배치된 복수의 핀(334)은 제3 면(306)의 내부 표면에 접촉하도록 배치된 복수의 핀(332) 사이에 배치될 수 있다. At this time, a portion 332 of the plurality of fins 330 contacts the inner surface of the third surface 306, and the remaining portion 334 of the plurality of fins 330 is disposed on the inner surface of the third surface 306. The plurality of pins 334 disposed so as not to contact and disposed so as not to contact the inner surface of the third face 306 are interposed between the plurality of pins 332 arranged to contact the inner surface of the third face 306. Can be arranged.

이때, 제3 면(306)의 내부 표면에 접촉하도록 배치된 복수의 핀(332)은 제4 면(308)의 내부 표면에는 접촉하지 않도록 배치될 수 있고, 제3 면(306)의 내부 표면에 접촉하지 않도록 배치된 복수의 핀(334) 중 적어도 일부는 제4 면(308)의 내부 표면에도 접촉하지 않도록 배치될 수 있다. 또는, 제3 면(306)의 내부 표면에 접촉하도록 배치된 복수의 핀(332)은 제4 면(308)의 내부 표면에는 접촉하지 않도록 배치될 수 있고, 제3 면(306)의 내부 표면에 접촉하지 않도록 배치된 복수의 핀(334) 중 적어도 일부는 제4 면(308)의 내부 표면에 접촉하도록 배치될 수도 있다.In this case, the plurality of pins 332 disposed to contact the inner surface of the third surface 306 may be disposed not to contact the inner surface of the fourth surface 308, and the inner surface of the third surface 306. At least some of the plurality of pins 334 disposed so as not to contact the second surface 308 may be disposed so as not to contact the inner surface of the fourth surface 308. Alternatively, the plurality of pins 332 disposed to contact the inner surface of the third surface 306 may be disposed so as not to contact the inner surface of the fourth surface 308, and the inner surface of the third surface 306. At least some of the plurality of pins 334 disposed so as not to contact may be arranged to contact an inner surface of the fourth surface 308.

그리고, 상기 제3 면(306)의 내부 표면 및 제4 면(308)의 내부 표면에 모두 접촉하지 않도록 배치된 복수의 핀(334) 사이에 제4 면(308)의 내부 표면에 접촉하며 제4 면(308)의 내부 표면으로부터 제3 면(306)의 내부 표면을 향하는 방향으로 배치된 내벽(340)을 더 포함할 수도 있다. 이때, 제3 면(306)의 내부 표면에 접촉하지 않도록 배치된 복수의 핀(334) 중 일부는 내벽(340)에 접촉하도록 배치될 수 있다. 즉, 내벽(340)은 제4 면(308)의 내부 표면이 될 수 있으며, 이에 따라, 제3 면(306)의 내부 표면 및 제4 면(308)의 내부 표면 모두에 접촉하지 않도록 배치된 복수의 핀들 사이에 제3 면(306)의 내부 표면에는 접촉하지 않으며 제4 면(308)의 내부 표면에는 접촉하도록 배치된 복수의 핀이 배치될 수 있다. 이에 따르면, 냉각수 통과 배관(300) 내부에서 냉각수가 W형상으로 흐르게 되어 냉각수 유로가 길어질 수 있고, 냉각수와 냉각수 통과 배관(300) 간의 열교환 시간이 늘어날 수 있다. And contacting the inner surface of the fourth surface 308 between the plurality of pins 334 disposed so as not to contact both the inner surface of the third surface 306 and the inner surface of the fourth surface 308. It may further include an inner wall 340 disposed in a direction from the inner surface of the four face 308 toward the inner surface of the third face 306. In this case, some of the plurality of fins 334 disposed to not contact the inner surface of the third surface 306 may be disposed to contact the inner wall 340. That is, the inner wall 340 may be an inner surface of the fourth surface 308, and thus disposed so as not to contact both the inner surface of the third surface 306 and the inner surface of the fourth surface 308. A plurality of pins may be disposed between the plurality of pins so as not to contact the inner surface of the third surface 306 and to be in contact with the inner surface of the fourth surface 308. According to this, the cooling water flows in the W shape inside the cooling water passage pipe 300, so that the cooling water flow path may be lengthened, and the heat exchange time between the cooling water and the cooling water passage pipe 300 may increase.

한편, 도 9(b)를 참조하면, 냉각수 유입구(310) 및 냉각수 배출구(320) 중 적어도 하나에는 탭(tap) 형상이 가공될 수도 있다. 이에 따라, 유속이 낮은 경우 유속을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다. Meanwhile, referring to FIG. 9B, a tap shape may be processed in at least one of the cooling water inlet 310 and the cooling water outlet 320. Accordingly, when the flow rate is low, the effect of improving the flow rate can be obtained.

다음으로, 도면을 참조하여 단위 모듈과 공기 통과 배관의 결합 구조를 설명한다. Next, a coupling structure of the unit module and the air passage pipe will be described with reference to the drawings.

도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치의 공기 통과 배관의 사시도이고, 도 11(a)는 도 10의 공기 통과 배관이 결합된 본체부의 사시도이며, 도 11(b)는 공기 통과 배관이 결합된 본체부를 공기 유입구 측에서 본 평면도이다. 10 is a perspective view of the air passage pipe of the heat conversion apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 11 (a) is a perspective view of the body portion coupled to the air passage pipe of Figure 10, Figure 11 (b) is air passage It is the top view which looked at the main body part with which the piping was couple | bonded from the air inlet side.

도 10 내지 도 11을 참조하면, 공기 통과 배관(1300)은 공기 유입관(2000)과 접합하는 제1 플랜지부(1302), 공기 배출관(3000)과 접합하는 제2 플랜지부(1304), 그리고 제1 플랜지부(1302)와 제2 플랜지부(1304) 사이를 연결하는 배관부(1306)를 포함하고, 배관부(1306)는 제1 면(302), 제2 면(304), 제3 면(306) 및 제4 면(308)에 각각 대응하는 제5 면(1312), 제6 면(1314), 제7 면(1316) 및 제8 면(1318)을 포함하고, 제1 플랜지부(1302)로부터 제7면(1316)까지 이어지거나, 제2 플랜지부(1304)로부터 제7면(1316)까지 이어지는 홈(1320)이 형성될 수 있다. 이때, 제1 플랜지부(1302) 또는 제2 플랜지부(1304)에 형성된 홈(1320)의 높이는 각 냉각수 통과 배관(300)의 제3 면(306)에 형성된 냉각수 유입구(310) 및 냉각수 배출구(320)의 높이보다 높을 수 있다. 이에 따라, 홈(1320)을 통하여 제1 단위 모듈(1100) 및 제2 단위 모듈(1200)을 밀어넣는 방법으로 제1 단위 모듈(1100) 및 제2 단위 모듈(1200)과 공기 통과 배관(1300)을 조립할 수 있다. 홈(1320)이 제2 플랜지부(1304)에 형성되는 경우, 제2 플랜지부(1304)는 제1 플랜지부(1302)보다 크게 형성될 수 있다.10 to 11, the air passage pipe 1300 may include a first flange portion 1302 to be joined to the air inlet pipe 2000, a second flange portion 1304 to be joined to the air discharge pipe 3000, and And a pipe portion 1306 connecting between the first flange portion 1302 and the second flange portion 1304, wherein the pipe portion 1306 includes the first surface 302, the second surface 304, and the third surface. A first flange portion including a fifth surface 1312, a sixth surface 1314, a seventh surface 1316, and an eighth surface 1318 corresponding to the surface 306 and the fourth surface 308, respectively. Grooves 1320 may extend from 1302 to the seventh surface 1316 or may extend from the second flange portion 1304 to the seventh surface 1316. In this case, the heights of the grooves 1320 formed in the first flange portion 1302 or the second flange portion 1304 are the coolant inlet 310 and the coolant outlet (3) formed on the third surface 306 of each coolant passage pipe 300. It may be higher than the height of 320). Accordingly, the first unit module 1100 and the second unit module 1200 and the air passage pipe 1300 by pushing the first unit module 1100 and the second unit module 1200 through the groove 1320. ) Can be assembled. When the groove 1320 is formed in the second flange portion 1304, the second flange portion 1304 may be formed larger than the first flange portion 1302.

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.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

Claims

First unit module,
A second unit module disposed on a side of the first unit module,
An air passage pipe integrally surrounding the first unit module and the second unit module so as to be spaced apart from the first unit module and the second unit module at predetermined intervals;
An air inlet pipe connected to the air passage pipe at the first unit module side, and
An air discharge pipe connected to the air passage pipe at the second unit module side;
Each of the first unit module and the second unit module,
A first surface, a second surface disposed to face the first surface, a third surface disposed between the first surface and the second surface, and a third surface disposed between the first surface and the second surface and the third surface; A coolant passage pipe comprising a fourth face disposed opposite the face,
A first thermoelectric module disposed on the first surface, and
And a second thermoelectric module disposed on the second surface.

The method of claim 1,
And a cooling water inlet and a cooling water outlet on the third surface of each cooling water passage pipe.

The method of claim 2,
Air flows into the air inlet pipe and passes through the air passage pipe and then moves in the direction from the air outlet pipe,
Cooling water flows into the cooling water inlet of the cooling water passage pipe included in the second unit module to move in a direction discharged from the cooling water outlet of the cooling water passage pipe included in the first unit module.

The method of claim 3,
Each of the first thermoelectric module and the second thermoelectric module is
A thermoelectric element disposed on the first surface or the second surface, and a heat sink disposed on the thermoelectric element so as to face an inner surface of the air passage pipe,
The heat sink is a heat conversion device spaced apart from the inner surface of the air passage pipe at a predetermined interval.

The method of claim 3,
Cooling water discharged from the cooling water outlet of the cooling water passage pipe included in the second unit module is introduced into the cooling water inlet of the cooling water passage pipe included in the first unit module.

The method of claim 5,
A plurality of fins having a direction from the inner surface of the third surface to the inner surface of the fourth surface are disposed inside each cooling water passage pipe,
Some of the plurality of pins are arranged to contact an inner surface of the third surface,
The remaining part of the plurality of fins is arranged not to contact an inner surface of the third surface,
And a plurality of fins disposed so as not to contact the inner surface of the third surface is disposed between the plurality of fins disposed to contact the inner surface of the third surface.

The method of claim 6,
The plurality of pins disposed to contact the inner surface of the third surface are disposed not to contact the inner surface of the fourth surface,
At least a portion of the plurality of fins disposed so as not to contact the inner surface of the third surface is arranged not to contact the inner surface of the fourth surface.

The method of claim 7, wherein
A plurality of pins disposed so as not to contact both the inner surface of the third surface and the inner surface of the fourth surface, the inner surface of the fourth surface being in contact with the inner surface of the fourth surface, A heat conversion device further comprising an inner wall disposed in a direction toward the inner surface.

The method of claim 3,
The air passage pipe includes a first flange portion to be bonded to the air inlet pipe, a second flange portion to be bonded to the air discharge pipe, and a pipe portion connecting between the first flange portion and the second flange portion,
The pipe part includes a fifth surface, a sixth surface, a seventh surface, and an eighth surface corresponding to the first surface, the second surface, the third surface, and the fourth surface, respectively,
Grooves extending from the first flange portion to the seventh surface or extending from the second flange portion to the seventh surface are formed.
And a height of the groove formed in the first flange portion or the second flange portion is higher than a height of the cooling water inlet and the cooling water outlet formed in the third surface of each of the cooling water passage pipes.

The method of claim 1,
At least one unit module is further disposed between the first unit module and the second unit module.