KR20200000983A - 열전 변환 모듈 및 그의 제조방법 - Google Patents
열전 변환 모듈 및 그의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20200000983A KR20200000983A KR1020180073363A KR20180073363A KR20200000983A KR 20200000983 A KR20200000983 A KR 20200000983A KR 1020180073363 A KR1020180073363 A KR 1020180073363A KR 20180073363 A KR20180073363 A KR 20180073363A KR 20200000983 A KR20200000983 A KR 20200000983A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- thermoelectric conversion
- temperature side
- high temperature
- type thermoelectric
- side electrode
- Prior art date
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 294
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 215
- 239000013529 heat transfer fluid Substances 0.000 claims abstract description 43
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 16
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 15
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 11
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 claims description 9
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 7
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 2
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 6
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 2
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 2
- 230000005678 Seebeck effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000011491 glass wool Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
- H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
-
- H01L35/32—
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
- F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
- F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
- F01N5/025—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat the device being thermoelectric generators
-
- H01L35/04—
-
- H01L35/30—
-
- H01L35/34—
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/01—Manufacture or treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
- H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/80—Constructional details
- H10N10/81—Structural details of the junction
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
- F01N2240/02—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a heat exchanger
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
본 발명에 따른 열전 변환 모듈은, 교대로 배열되는 복수의 n형 열전 변환 소재 및 복수의 p형 열전 변환 소재와, 교대로 배열된 복수의 열전 변환 소재들을 고온 측 및 저온 측에서 교대로 접속하는 복수의 전극을 포함한다. 복수의 전극은, 열전달 유체가 흐르는 관에 형성된 관통홀에 삽입되어 열전달 유체와 직접적으로 접촉하며 열을 획득하고 획득한 열을 복수의 열전 변환 소재들로 전달하기 위해, 복수의 열전 변환 소재들의 고온 측 단부를 기준으로 열전달 유체가 흐르는 관을 향하여 돌출되는 고온 측 전극을 포함한다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 열전 변환 모듈은 고온의 열전달 유체와 직접적으로 접촉하며 고온의 열을 이용할 수 있어, 열전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 열전 변환 모듈은 고온의 열전달 유체와 직접적으로 접촉하며 고온의 열을 이용할 수 있어, 열전 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 열전 변환 모듈 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
열전모듈은 그 양면의 온도 차를 이용하여 기전력을 발생하는 제베크효과(seebeck effect)를 이용한 열전발전시스템에 이용되고 있다.
이러한 열전모듈에 의한 열전발전 시에는 고온부와 저온부 사이의 온도차이를 크게 유지함에 따라 열전발전의 출력량을 증가시킬 수 있다. 이때, 열원으로부터 열전모듈로 전달되는 열전달율이 그 발전의 출력량에 큰 영향을 미친다.
열전모듈을 이용해 열전발전을 이용하는 분야는 대표적으로 차량의 배기계의 폐열을 이용하는 것을 예로 들 수 있다.
종래의 열전모듈은 차량의 배기관 표면에 접촉하여 열을 공급받으므로, 열전모듈과 배기관 사이의 계면에서 열손실이 발생하였다. 따라서, 열전모듈의 고온부를 일정 온도 이상으로 상승시키기가 어려웠고, 이에 따라 열전 성능을 향상시키는데에 한계가 있었다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여 배기가스 중의 열을 효과적으로 이용해 열전모듈의 고온부의 온도를 상승시킬 수 있는 열전모듈의 구조가 필요하였다.
본 발명의 목적은, 고온의 열전달 유체(예를 들면 차량의 배기가스)에 직접적으로 접촉하며 열전 변환 모듈의 고온부의 온도를 상승시킬 수 있는 열전 변환 모듈의 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 고온과 진동에 노출되는 열전 변환 모듈의 내구성을 향상시켜 열전 성능을 유지할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기한 열전 변환 모듈을 제조하기 위한 제조방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 변환 모듈은, 교대로 배열되는 복수의 n형 열전 변환 소재 및 복수의 p형 열전 변환 소재와, 교대로 배열된 복수의 열전 변환 소재들을 고온 측 및 저온 측에서 교대로 접속하는 복수의 전극을 포함한다.
상기 복수의 전극은 열전달 유체가 흐르는 관에 형성된 관통홀에 삽입되어 상기 열전달 유체와 직접적으로 접촉하며 열을 획득하고 획득한 열을 상기 복수의 열전 변환 소재들로 전달하기 위해, 상기 복수의 열전 변환 소재들의 고온 측 단부를 기준으로 상기 열전달 유체가 흐르는 관을 향하여 돌출되는 고온 측 전극을 포함한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 변환 모듈의 제조방법은, (a) n형 열전 변환 소재, 고온 측 전극, p형 열전 변환 소재, 및 서포터 순으로 번갈아가며 서로 중첩되도록 배열하는 단계와, (b) 상기 n형 열전 변환 소재, 상기 고온 측 전극, 상기 p형 열전 변환 소재, 및 상기 서포터를 접합하기 위해, 상기 n형 열전 변환 소재, 상기 고온 측 전극, 상기 p형 열전 변환 소재, 및 상기 서포터를 가압하면서 상기 고온 측 전극의 상기 열전 변환 소재들 사이에 삽입되는 일단의 반대쪽인 타단을 가열하는 단계를 포함한다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 열전 변환 모듈은, 고온의 열전달 유체(차량의 배기가스 등)과 고온 측 전극이 직접적으로 접촉하며, 고온 측 전극에 의해 열전 변환 소재로 열에너지가 공급되므로, 종래에 비해 열전 변환 모듈의 고온부를 높은 온도까지 상승시킬 수 있어 열전 성능이 향상될 수 있는 장점이 있다.
또한, 서포터와 클램핑 부재에 의해 열전 변환 모듈의 구성들을 지지 및 고정하고, 케이스로 모듈화 함으로써, 고온과 진동에 노출되는 열전 변환 모듈의 내구성을 향상시켜 열전 성능을 유지가능하게 하는 장점도 있다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 열전 변환 모듈의 제조방법을 이용하면, 열전 변환 소재가 고온에 의해 물성이 저하되는 것을 방지할 수 있고 또한 열전 변환 모듈의 제작이 간단해지는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 열전 변환 모듈의 개념도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 열전 변환 모듈의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 열전변환 모듈의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 변환 모듈의 제조방법의 순서도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 변환 모듈의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예 2에 따른 열전 변환 모듈의 개념도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 열전 변환 모듈의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 열전변환 모듈의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 변환 모듈의 제조방법의 순서도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 변환 모듈의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예 2에 따른 열전 변환 모듈의 개념도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
실시예 1
도 1 은 본 발명의 실시예 1에 따른 연료전지 시스템의 블록도이다.
본 실시예에 따른 열전 변환 모듈(10)은 교대로 배열되는 복수의 n형 열전 변환 소재(110) 및 복수의 p형 열전 변환 소재(120),교대로 배열된 복수의 열전 변환 소재들을 고온 측 및 저온 측에서 교대로 접속하는 복수의 전극(130)을 포함한다.
n형 열전 변환 소재(110)는 n타입 반도체소자로 이루어질 수 있다.
p형 열전 변환 소재(120)는 p타입 반도체소자로 이루어질 수 있다.
복수의 전극(130)은 n형 열전 변환 소재(110)와 p형 열전 변환 소재(120)를 전기적으로 직렬 연결하도록 구성될 수 있다.
복수의 전극(130)은 n형 열전 변환 소재(110)의 하단부(또는, 고온 측 단부)와 p형 열전 변환 소재(120)의 하단부(또는, 고온 측 단부)를 전기적으로 연결하는 고온 측 전극(131)과 n형 열전 변환 소재(110)의 상단부(또는, 저온 측 단부)와 p형 열전 변환 소재(120)의 상단부(또는, 저온 측 단부)를 전기적으로 연결하는 저온 측 전극(132)을 포함할 수 있다.
한편, 열전 변환 모듈(10)의 발전 성능을 향상시키기 위해서는 열전 변환 소재의 고온부와 저온부의 온도차가 높을수록 유리하다. 예를 들면, 열전 변환 모듈(10)은 차량의 배기가스의 열을 재사용함으로써, 차량의 배터리의 부하를 저감하는데 이용될 수 있다. 종래에는 차량의 배기관 표면에 열전 변환 모듈을 부착하여, 배기관과 열전 변환 모듈의 계면에서 손실되는 열의 양이 많아 발전 효율이 떨어지는 문제점이 존재하였다.
본 실시예에 따른 열전 변환 모듈은 열을 전달하는 유체로부터 열전 변환 모듈로 열 전달시 손실되는 열을 최소화하기 위해, 열 전달 유체와 직접 접촉하는 방식의 열전 변환 모듈에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 실시예에 따른 열전 변환 모듈은, 열전 변환 모듈의 전극이 열 전달 유체가 흐르는 관에 형성된 관통홀에 삽입되어 열전달 유체와 직접적으로 접촉하며 열을 획득하고 획득한 열을 복수의 열전 변환 소재들로 전달하기 위해, 열전달 유체가 흐르는 관을 향하여 돌출되는 전극을 포함하는 것에 기본적인 특징이 있다.
여기서 열전달 유체는 고온의 열전달 유체일 수도 있고 저온의 열전달 유체(즉, 냉매)일 수도 있다.
고온의 열전달 유체와 직접 접촉하는 경우, 전극은 고온 유로관에 형성된 관통홀에 삽입되어 고온의 열전달 유체로부터 열 에너지를 흡수할 수 있다. 또는, 저온의 열전달 유체와 직접 접촉하는 경우, 전극은 저온 유로관에 형성된 관통홀에 삽입되어 냉매로 열 에너지를 방출할 수 있다.
이하에서는 고온 측 전극이 고온 유로관 내부에 삽입되는 경우를 예로써 설명하나, 이와 동일하거나 동등한 방식으로 저온 유로관 내부에 저온 측 전극을 삽입하는 것도 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있다.
본 실시예에 따른 열전 변환 모듈의 특징을 이하에서 보다 상술한다.
도 1을 참조하면, 고온 측 전극(131)은 n형 열전 변환 소재(110)와 p형 열전 변환 소재(120) 사이에 일부 삽입되어 접합될 수 있다.
고온 측 전극(131)은 플레이트 타입으로 구비되어, 일단이 고온 유로관(20)에 삽입되고 타단이 n형 열전 변환 소재(110)와 p형 열전 변환 소재(120) 사이에 삽입되어 접합될 수 있다. 이를 통해, 열전달 유체(21)로부터 흡수한 열이 고온 측 전극(131)을 따라 직선으로 이동하여 열전 변환 소재들(110, 120)로 전달되므로, 고온 측 전극(131)의 일부분에 열응력이 집중되어 손상되는 것이 방지될 수 있다.
즉, 전극이 굴곡 또는 절곡되게 형성되는 경우, 굴곡 또는 절곡진 부분에 상대적으로 열응력이 집중되어, 상대적으로 낮은 온도에서 손상될 수 있는데, 본 실시예에 따른 고온 측 전극(131)은 플레이트 타입으로 상하로 길게 구비되어 상대적으로 높은 온도에서도 성질을 유지할 수 있다.
고온 측 전극(131)은 n형 열전 변환 소재(110)와 p형 열전 변환 소재(120)의 고온 측 단부로부터 저온 측 단부까지 길이의 1/3 이하인 지점까지 삽입되어 접합될 수 있다. 즉, 본 실시예에서 n형 열전 변환 소재(110)와 p형 열전 변환 소재(120)는 상하방향의 길이가 같게 구비되는데, 고온 측 전극(131)은 열전 변환 소재들(110, 120)의 상하 방향의 길이의 1/3길이 이하만큼 n형 열전 변환 소재(110)와 p형 열전 변환 소재(120) 사이에 삽입되도록 구비될 수 있다.
고온 측 전극(131)이 n형 열전 변환 소재(110)와 p형 열전 변환 소재(120) 사이에 더 많이 삽입될수록 열전 변환 소재들(110, 120)과의 접촉면적은 늘어나지만, 고온 측 전극(131)의 상단(열전 변환 소재들(110, 120) 사이에 삽입된 단부)까지 도달하는 열은 감소하게 된다. 또한, 열전 변환 소재들(110, 120) 내부에는 고온 측 단부에서 저온 측 단부로 직선적으로 열구배가 형성되는 것이 전류를 생성하는데에 유리한데, 고온 측 전극(131)이 n형 열전 변환 소재(110)와 p형 열전 변환 소재(120)의 1/3 길이 이상 삽입되면 열전 변환 소재들(110, 120) 내부에 방사형의 열구배가 형성되고 그에 따라 열전 변환 소재들(110, 120) 내부의 전류도 직진성이 감소하게되어, 결과적으로 열전 변환 소재들(110, 120)의 발전 성능이 저하될 수 있다.
따라서, 열전 변환 소재들(110, 120)의 발전 성능을 최대로 하기 위하여, 본 실시예에 따른 열전 변환 모듈(10)에서 고온 측 전극(131)은 n형 열전 변환 소재(110)와 p형 열전 변환 소재(120)의 고온 측 단부로부터 저온 측 단부까지 길이의 1/3 이하인 지점까지 삽입되어 접합될 수 있다.
다만, 다른 실시예에서 열전 변환 모듈(10)에 사용되는 열전 변환 소재 및/또는 전극의 특성에 따라서는, 열전 변환 소재의 길이 1/3 이상까지도 고온 측 전극이 삽입되게 구성될 수도 있다.
고온 측 전극(131)은 배기가스와 직접적으로 접촉하더라도 산화 등으로 인해 물성이 변하지 않는 재질로 구성될 수 있다.
예를 들면, 고온 측 전극(131)은 oxide계 열전소재로 구성될 수 있다. Oxide계 열전소재는 고온에서 열이나 전기 전도성이 우수하고 산화에 안정하므로, 배기가스와 직접 접촉하는 방식인 본 실시예의 열전 변환 모듈(10)에 이용될 수 있다.
열전 변환 모듈(10)은 고온 측 전극(131)과 n형 열전 변환 소재(110) 사이 및 고온 측 전극(131)과 p형 열전 변환 소재(120) 사이에 전극재료와 열전재료 사이의 상호 확산을 방지하기 위해 확산방지층(192)이 배치될 수 있다.
고온 측 전극(131)과 열전 변환 소재(110, 120)가 직접적으로 접촉되면, 서로 다른 물질 간의 확산에 의해 물성이 변하여, 열전 변환 소재(110, 120)의 열전 효율이 떨어지거나 또는 고온 측 전극(131)의 전기(또는 열) 전도성이 저하될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 열전 변환 모듈(10)은 고온 측 전극(131)과 열전 변환 소재들(110, 120) 사이에 확산방지층(192)을 구비할 수 있다.
열전 변환 모듈(10)은 고온 측 전극(131)과 n형 열전 변환 소재(110) 사이 및 고온 측 전극(131)과 p형 열전 변환 소재(120) 사이에 열 접합을 위한 접착층이 배치될 수 있다.
고온 측 전극(131)과 열전 변환 소재들(110, 120)은 열 접합될 수 있다. 예를 들면, 고온 측 전극(131)과 열전 변환 소재들(110, 120)은 브레이징 접합될 수 있다. 일반적으로 브레이징 접합을 위해서는 결합 대상인 물질들(본원 발명의 고온측 전극과 열전 변환 소재들) 이외에 열에 의해 용융되며 결합 대상인 물질들을 접합하는 용가재(filler material)가 필요하다.
본 실시예에 따른 열전 변환 모듈(10)은 열 접합을 위한 접착층인 브레이징 페이스터(191)가 고온 측 전극(131)과 각각의 열전 변환 소재들(110, 120) 사이에 배치된다.
한편, 브레이징 접합이 아닌 방식으로 고온 측 전극(131)과 열전 변환 소재들(110, 120)을 결합할 때에는, 열전 변환 모듈(10)은 브레이징 페이스터(191) 없이 구성될 수 있다.
저온 측 전극(132)은 냉매(31)가 유동하는 저온 유로관(30)과 열교환하며, 열전 변환 모듈(10) 내의 열에너지를 냉매(31)로 방출할 수 있다.
열전 변환 모듈(10)은 저온 측 단부에서 서로 접속되는 n형 열전 변환 소재(110)와 p형 열전 변환 소재(120)의 고온 측 단부를 서로 절연시키기 위해, 고온 측 전극(131)과 교대로 배치되는 서포터(140)를 더 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 서포터(140)는 적어도 일부분이 저온 측 단부에서 서로 접속되는 n형 열전 변환 소재(110)와 p형 열전 변환 소재(120) 사이에 삽입되어 접합될 수 있다.
저온 측 단부에서 서로 접속되는 n형 열전 변환 소재(110)와 p형 열전 변환 소재(120)는 고온 측 단부에서는 서로 분리되어야 열전 변환 모듈(10)의 복수의 열전 변환 소재들(110, 120)이 직렬로 연결될 수 있다.
서포터(140)는 열전 변환 모듈(10)의 고온 측에 배치되어, 고온 측 전극(131)과 교대로 배열되어, 고온 측 전극(131)에 의해 서로 접속되지 않는 인접하는 n형 열전 변환 소재(110)와 p형 열전 변환 소재(120)를 절연시킬 수 있다.
서포터(140)는 저온 측 단부에서 서로 접속되는 n형 열전 변환 소재와 p형 열전 변환 소재 사이에 일부 삽입되어, 일측면이 n형 열전 변환 소재(110)에 의해 지지되고 타측면이 p형 열전 변환 소재(120)에 의해 지지될 수 있다. 즉, 도 1을 참조하면, 서포터(140)는 저온 측 단부에서 서로 접속되는 n형 열전 변환 소재(110)와 p형 열전 변환 소재(120) 사이에 일부 삽입되어, n형 열전 변환 소재(110)와 p형 열전 변환 소재(120)를 소정 거리 이격되게 지지할 수 있다.
서포터(140)는 열전 변환 소재들(110, 120)의 고온 측 단부를 커버하도록 구비될 수 있다. 즉, 서포터(140)는 열전 변환 소재들(110, 120)의 고온 측 단부를 커버하기 위해, 열전 변환 소재들(110, 120)이 배열되는 방향(도 1에서 좌우방향)으로 연장되는 형상일 수 있다.
서포터(140)는 T자 형으로 형성될 수 있다. 서포터(140)는 열전 변환 소재들(110, 120)의 고온 측 단부를 커버함과 동시에 인접하는 고온 측 전극(131)을 지지하도록, 열전 변환 소재들(110, 120)이 배열되는 방향(도 1에서 좌우방향)으로의 길이가 형성될 수 있다.
이와 같이 구성되는 서포터(140)는 열전 변환 소재들(110, 120)의 고온 측 단부와 고온 유로관(20) 사이에 배치되어, 열전 변환 소재와 고온 유로관 사이를 절연시킴과 동시에 열전 변환 모듈 및 고온 측 전극을 지지할 수 있다.
또한, 서포터(140)는 유로관으로부터 전달되는 외부충격으로부터 열전 변환 소재를 보호할 수 있다.
열전 변환 모듈(10)은 열전 변환 소재들(110, 120)에서 생성되는 전력을 소비하는 로드(170)와 전기적으로 연결될 수 있다. 열전 변환 모듈(10)에서 생성되는 전류(11)는 도 1의 화살표 방향으로 흐를 수 있다.
열전 변환 모듈(10)은 복수의 열전 변환 소재들(110, 120)과 고온 측 전극(131) 및 서포터(140)를 클램핑하는 클램핑 부재(150)를 더 포함할 수 있다.
클램핑 부재(150)는 'ㄷ' 자(또는 'C'자 형상)의 두 부재가 마주보며 결합하도록 구성될 수 있다. 즉, 클램핑 부재(150)는 상하로 개방된 사각통의 어느 일측면이 없는 형상일 수 있다. 클램핑 부재(150)는 적층된 복수의 열전 변환 소재들(110, 120)과 고온 측 전극(131) 및 서포터(140)를 둘러싸서 고정시킬 수 있다.
클램핑 부재(150)는 절연을 위해, 열전 변환 소재 또는 전극과 접촉되는 내측면이 절연 코팅될 수 있다. 클램핑 부재(150)는 내측이 세라믹 절연 코팅되어, 열전 변환 모듈(10) 내부에서 쇼트가 일어나는 것을 방지할 수 있다.
열전 변환 모듈(10)은 내부에 열전 변환 소재들(110, 120), 복수의 전극(130) 등이 수용되는 내부 공간을 형성하고, 외부의 충격 또는 이물질로부터 열전 변환 모듈(10)의 구성들을 보호하기 위한 케이스(160)를 더 포함한다.
케이스(160)은 고온 유로관(20)과 마주보는 면이 개방된 직육면체 형상으로 구비될 수 있다.
케이스(160)은 내부에 열전 변환 소재들(110, 120), 복수의 전극(130), 서포터(140) 및 클램핑 부재(150)가 고정될 수 있다.
케이스(160)은 고온 유로관(20) 및 저온 유로관(30)과 결합될 수 있다. 예를 들면, 케이스(160)은 고온 유로관(20)과 브레이징 접합될 수 있다. 케이스(160)은 내부가 진공처리되거나 또는 비활성 기체로 충진될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 열전 변환 모듈의 일부 구성을 나타낸 도면이고, 도 3은 도 1의 열전변환 모듈의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 열전 변환 모듈(10)은 열전달 유체(21)가 흐르는 고온 유로관(20)에 형성되는 관통홀(20h)을 통하여 내부 유체가 누설되는 것을 막기 위해, 복수의 열전 변환 소재들(110, 120)과 고온 유로관(20) 사이에 배치되는 개스킷(180)을 더 포함할 수 있다.
개스킷(180)은 고온 측 전극(131)이 관통하기 위해, 고온 측 전극(131)의 수에 대응되는 수의 개스킷 관통홀(미도시)이 형성될 수 있다. 개스킷(180)은 고온 유로관(20)의 관통홀(20h)에 대응되는 형상으로 개스킷 관통홀이 형성될 수 있다.
개스킷(180)과 열전 변환 소재들(110, 120) 사이에는 절연을 위한 절연 부재(미도시)가 추가로 배치될 수 있다. 예를 들면, 열전 변환 모듈(10)은 개스킷(180)과 서포터(140) 사이에 글라스 울(glass wool)이 배치되어, 고온 유로관(20)으로부터 열전달 유체(21)가 누설되지 않도록 방지됨과 동시에 단열이 가능하도록 구성될 수 있다.
고온 측 전극(131)은, 개스킷(180)을 관통하여 고온 유로관(20)에 형성된 관통홀(20h)에 삽입될 수 있다.
관통홀(20h)의 내면에는 고온 측 전극(131)과의 절연을 위한 절연층(23)이 구비될 수 있다. 고온 유로관(20)이 금속과 같은 도체로 구비되는 경우, 고온 측 전극(131)과 접촉 시 고온 측 전극(131)과 고온 유로관(20)이 통전되어, 열전 변환 모듈의 성능이 저하될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 관통홀(20h)의 내면에 고온 측 전극(131)과 접촉되는 부분에 절연층(23)이 구비될 수 있다.
한편, 도시되지는 않았으나, 고온 측 전극(131)의 고온 유로관(20)과 접촉되는 부분이 절연 코팅되도록 구성될 수도 있다. 다만, 고온 측 전극(131)의 고온 유로관(20)으로 삽입되는 부분 전부가 절연 코팅될 경우, 열전달 유체(21)로부터 고온 측 전극(131)으로의 열전달량이 감소될 수도 있으므로, 절연 코팅은 고온 유로관(20)과 접촉되는 부분(이 경우, 공차를 고려하여 소정 길이 여유를 가지도록 할 수 있음)에 한정되어 마련될 수 있다.
도 3을 참조하면, 고온 측 전극(131)은 열전달 유체(21)에 대한 유동 저항을 감소시키기 위해, 고온 유로관(20)에 삽입되는 일부분에 관통홀(131h)이 형성될 수 있다.
고온 측 전극(131)에 형성되는 관통홀(131h)은 상하좌우로 복수 개가 형성될 수 있다. 관통홀(131h)은 원형이나 그 밖에 여러가지 형상으로 형성될 수 있다.
이를 통해, 고온 유로관(20) 내로 삽입된 고온 측 전극(131)에 의해서 열전달 유체(21)가 받는 유동 저항을 저감할 수 있고, 열전달 유체(21)로부터 고온 측 전극(131)으로 열교환이 효율적으로 이루질 수 있다. 즉, 열전달 유체(21)가 원활하게 유동되므로, 고온 유로관(20)의 상부로부터 유입되는 고온의 열전달 유체(21)로부터 고온 측 전극(131)이 효과적으로 열을 공급받을 수 있다.
또한, 이와 같이 구성되는 열전 변환 모듈(10)은 필요에 따라 열전 변환 소재의 수를 달리하여 제작하기가 용이한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 열전 변환 모듈(10)은 고온의 환경에도 사용할 수 있고, 이 경우 높은 열전 성능을 낼 수 있다.
제조방법
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 변환 모듈의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 변환 모듈의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 변환 모듈의 제조방법은 n형 열전 변환 소재(110), 고온 측 전극(131), p형 열전 변환 소재(120), 및 서포터(140) 순으로 번갈아가며 서로 중첩되도록 배열하는 단계(S1100)를 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, S1100단계에서는, n형 열전 변환 소재(110), 고온 측 전극(131), p형 열전 변환 소재(120), 및 서포터(140)가 이와 같은 순서로 번갈아가며 서로 중첩되도록 배열될 수 있다.
S1100단계에서는, 제조상의 편의 및 효과적인 접합을 위해, 도 5의 화살표(D)방향으로 표시된, 중력방향을 기준으로 아래에서 위로 n형 열전 변환 소재(110), 고온 측 전극(131), p형 열전 변환 소재(120), 및 서포터(140)가 이와 같은 순으로 쌓을 수 있다.
추가로, S1100단계에서 고온 측 전극(131)은 n형 열전 변환 소재(110)와 p형 열전 변환 소재(120)의 고온 측 단부로부터 저온 측 단부까지 길이의 1/3 이하인 지점까지 삽입되어 배치될 수 있다.
S1100단계는 고온 측 전극(131)과 n형 열전 변환 소재(110) 사이 및 고온 측 전극(131)과 n형 열전 변환 소재(110) 사이에 열 접합을 위한 접착층을 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서 열 접합을 위한 접착층은 본 실시예에서는 브레이징 페이스터(또는 용가재)(191)일 수 있다.
즉, S1100단계에서는, n형 열전 변환 소재(110) 다음 고온 측 전극(131)을 배치하기 이전에 브레이징 페이스터(191)를 먼저 배치하고, 고온 측 전극(131)을 배치한 다음 p형 열전 변환 소재(120)를 배치하기 이전에 브레이징 페이스터(191)를 먼저 배치할 수 있다.
S1100단계는 고온 측 전극(131)과 n형 열전 변환 소재(110) 사이 및 고온 측 전극(131)과 n형 열전 변환 소재(110) 사이에 확산방지층(192)을 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
S1100단계에서는, n형 열전 변환 소재(110) 다음 고온 측 전극(131)을 배치하기 이전에 확산방지층(192)을 먼저 배치하고, 고온 측 전극(131)을 배치한 다음 p형 열전 변환 소재(120)를 배치하기 이전에 확산방지층(192)을 먼저 배치할 수 있다.
S1100단계에서는, n형 열전 변환 소재(110) 다음 브레이징 페이스터(191)를 배치하기 이전에 확산방지층(192)을 먼저 배치하고, 브레이징 페이스터(191)를 배치한 다음 p형 열전 변환 소재(120)를 배치하기 이전에 확산방지층(192)을 먼저 배치할 수 있다.
한편 도 5에 도시된 바와 달리, 접착층(또는 브레이징 페이스터)과 확산방지층(192)의 배치 순서가 서로 바뀔 수도 있다. 이는, 전극으로 사용되는 재료, 접착층, 확산방지층 및 열전 변환 소재의 물성을 고려하여 확산방지 및 접합 효과가 크도록 배치될 수 있다.
다음, 열전 변환 모듈(10)의 제조방법은, n형 열전 변환 소재(110), 고온 측 전극(131), p형 열전 변환 소재(120), 및 서포터(140)를 접합하기 위해, n형 열전 변환 소재(110), 고온 측 전극(131), p형 열전 변환 소재(120), 및 서포터(140)를 가압하면서 고온 측 전극(131)의 열전 변환 소재들(110, 120) 사이에 삽입되는 일단의 반대쪽인 타단을 가열하는 단계를 포함할 수 있다(S1200).
도 6을 참조하면, n형 열전 변환 소재(110), 고온 측 전극(131), p형 열전 변환 소재(120), 및 서포터(140)가 적층된 상태에서, 적층된 양 방향에서 힘을 가하면서 고온 측 전극(131)의 외측단을 가열하여 n형 열전 변환 소재(110), 고온 측 전극(131), p형 열전 변환 소재(120), 및 서포터(140)를 서로 접합시킬 수 있다.
고온 측 전극(131)은 배기가스의 고온에도 물성이 변하지 않는 내열성이 높인 재질로 구성된다. 따라서, 이러한 고온 측 전극(131)의 일단을 가열하여 전도열을 이용해 브레이징 페이스터(191)를 용융시켜 브레이징 접합을 할 수 있다.
종래에는 열전 변환 모듈의 접합 시에 열전 변환 소재에 까지 고온에 노출되어 소재가 산화되거나 물성이 저하되는 문제점이 존재하였다. 본 발명에 따른 제조방법을 이용하면, 고온의 히터나 레이저 조사 등을 이용하여 고온 측 전극(131)을 순간적으로 가열하여 열전도에 의해 접합할 수 있다. 이를 통해, 제조과정에서 열전 변환 소재 등이 열에 의해 물성이 저하되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 고온 측 전극(131)의 외측단은 일측으로 나란히 돌출되어 있어 열을 가하기에도 용이하므로, 제작이 보다 간단해질 수 있고, 제조 공차에 의해 다른 부재가 고온에 노출될 가능성이 접착층을 직접 가열하는 기존의 접합 방법에 비해 낮은 장점이 있다.
다음, 열전 변환 모듈(10)의 제조방법은, n형 열전 변환 소재(110), 고온 측 전극(131), p형 열전 변환 소재(120), 및 서포터(140)를 클램핑하는 단계를 포함할 수 있다(S1300).
도 7을 참조하면 접합 이후에 n형 열전 변환 소재(110), 고온 측 전극(131), p형 열전 변환 소재(120), 및 서포터(140)를 견고하게 고정하기 위해 클램핑 부재(150)로 클램핑할 수 있다.
다음, 열전 변환 모듈(10)의 제조방법은, 케이스(160)를 씌우는 단계를 포함할 수 있다(S1400).
이를 통해, 열전 변환 모듈의 전체 유닛은 패키지로 제조될 수 있다.
한편, S1400단계는 케이스(160)의 내부를 진공 상태로 만들거나 불활성 기체를 충진하는 단계를 포함할 수 있다.
케이스(160)의 일측면이 개방되어 열전달 유체가 유동하는 관과의 접합에 의해 열전 변환 모듈(10)이 케이싱되는 경우, S1400단계는 열전 변환 모듈(10)의 구성이 케이스(160) 내부에 고정된 상태에서 열유체가 흐르는 관에 케이스(160)를 접합하는 단계를 포함할 수 있다. 케이스(160)는 열 접합 방식, 예를 들면 브레이징되어 열유체가 흐르는 관에 접합될 수 있다.
한편, 도시되지는 않았으나, n형 열전 변환 소재(110)와 p형 열전 변환 소재(120)의 위치가 서로 바뀔 수도 있고, 이 경우에도 n형 열전 변환 소재(110)와 p형 열전 변환 소재(120)의 위치가 바뀐 것 이외에는 동일한 방식으로 이루어질 수 있다.
2 실시예
도 8은 본 발명의 2 실시예에 따른 열전 변환 모듈(10')을 도시한 개념도이다.
이하에서는 도 8을 참조하여 본 발명의 2 실시예에 따른 열전 변환 모듈(10')을 1 실시예에 따른 열전 변환 모듈(10')과 다른 점을 중심으로 설명하기로 한다. 이하에서 1 실시예에 따른 열전 변환 모듈(10')의 구성과 동일하거나 통상의 기술자에 의해 동등한 수준으로 이해될 수 있는 구성은 동일한 도면 부호를 사용하였다.
도 8은 도 1의 고온 유로관(20)을 다른 각도에서 자른 단면으로서, 열전달 유체(21)의 유동 방향은 도 8에서 전방에서 후방으로 들어가는 방향이다.
본 실시예에 따를 때, 복수의 열전 변환 소재들(210, 220)은 고온 유로관(20)의 원주 방향으로 배열될 수 있다. 고온 측 전극(231)은 복수의 고온 측 전극의 관 내부로 삽입되는 내측단이 관이 굴곡진 방향으로 굴곡진 곡선을 이루도록 배치될 수 있다.
종래의 열전 변환 모듈(10')은 기판 위에 고온 측 전극이 놓인 상태에서, 기판이 고온의 유체가 흐르는 관의 표면에 접촉하여 전도에 의해 열 에너지를 흡수하였다. 이때, 관의 형상이 굴곡지게 형성된 경우 평평하게 구비되는 기판을 통하여 열에너지가 잘 전달되지 않는 문제점이 존재하였다.
본 발명에 따른 열전 변환 모듈(10')은 고온의 유체가 흐르는 관 내부로 고온 측 전극(231)이 직접 삽입되어 열에너지를 흡수하는 방식이므로, 고온 측 전극(231)의 길이를 달리하면 굴곡지게 형성된 관에 열전 변환 모듈(10')이 설치된 경우에도 열 에너지를 효과적으로 흡수할 수가 있다.
이때, 고온 측 전극(231)은, 관 내부로 삽입된 고온 측 전극들(231)의 단부가 관이 굴곡진 방향으로 굴곡지는 곡선을 이루도록 배치될 수 있다. 즉, 고온 측 전극(231)은 관 내부로 삽입된 부분이 일정 길이 이상이 되도록 구비될 수 있다.
이를 위해, 고온 측 전극(231)은 복수의 고온 측 전극(231)의 길이가 서로 달리 구비될 수 있다.
또는 아래에서 설명하는 것과 같이, 열전 변환 소재들(210, 220)의 상하 높이가 서로 다르게 배치될 수 있다.
저온 측 전극과, 저온 측 전극에 의해 서로 접속되는 n형 열전 변환 소재와 p형 열전 변환 소재를 파이형 열전소자세트라고 명명하기로 한다.
도 8을 참조하면, 복수의 파이형 열전소자세트는, 열전달 유체(21)가 흐르는 고온 유로관(20)의 원주 방향으로 배열되고, 관과 인접하는 고온 측 단부가 관이 굴곡진 방향으로 굴곡진 곡선을 이루도록 배치될 수 있다.
즉, 복수의 파이형 열전소자세트는 고온 유로관의 중심으로부터 수직 방향 상측에 위치한 파이형 열전소자세트를 기준으로, 좌측 또는 우측으로 갈수록 파이형 열전소자 세트의 높이가 낮게 구비될 수 있다.
달리 표현하면, 복수의 파이형 열전소자세트는 각각의 열전소자 세트의 고온 측 단부가 관으로부터 일정 거리 이내에 위치하도록, 복수의 파이형 열전소자세트의 높이가 서로 다르게 배치될 수 있다.
이와 같이 구성되는 열전 변환 모듈은 실린더 형상의 관에 설치되는 경우에도 고온 측 전극이 관 내부로 삽입되어 열에너지를 효과적으로 흡수할 수 있다.
이를 통해, 자동차의 배기관과 같이 단면이 원형인 고온의 유로관에 열전 변환 모듈을 설치하여 효과적으로 전력을 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 열전 변환 모듈(10, 10')은 차량에 설치되어 배기가스의 열을 이용해 전력을 생성할 수 있다.
이 경우, 열전 변환 모듈(10, 10')의 고온 측 전극(131, 231)는 배기관(미도시)에 혀엉된 관통홀에 삽입되어 배기가스와 직접적으로 접촉하며 열을 획득할 수 있다. 고온 측 전극(131, 231)은 획득한 열을 복수의 열전 변환 소재들(110, 120, 210, 220)로 전달할 수 있다. 이를 위해, 고온 측 전극(131, 231)은 복수의 열전 변환 소재들(110, 120, 210, 220)의 고온 측 단부를 기준으로 배기관을 향하여 돌출되는 형상으로 구비될 수 있다.
이와 같이 구성되는 열전 변환 모듈(10, 10')을 포함하는 차량은 배기가스 중의 폐열 을 이용해 전력을 생산하므로, 차량의 전력 공급 장치(배터리, 연료전지 등)에 걸리는 부하를 줄여 차량의 연비를 개선할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.
10, 10' : 열전 변환 모듈
11 : 전류
20 : 고온 유로관
20h : 관통홀
21 : 열전달 유체
23 : 절연층
30 : 저온 유로관
31 : 냉매
110, 210 : n형 열전 변환 소재
120, 220 : p형 열전 변환 소재
130, 230 : 복수의 전극
131, 231 : 고온 측 전극
131h : 관통홀
132, 232 : 저온 측 전극
140, 240 : 서포터
150 : 클램핑 부재
160, 260 : 케이스
170 : 로드
180 : 개스킷
191 : 브레이징 페이스터
192 : 확산방지층
11 : 전류
20 : 고온 유로관
20h : 관통홀
21 : 열전달 유체
23 : 절연층
30 : 저온 유로관
31 : 냉매
110, 210 : n형 열전 변환 소재
120, 220 : p형 열전 변환 소재
130, 230 : 복수의 전극
131, 231 : 고온 측 전극
131h : 관통홀
132, 232 : 저온 측 전극
140, 240 : 서포터
150 : 클램핑 부재
160, 260 : 케이스
170 : 로드
180 : 개스킷
191 : 브레이징 페이스터
192 : 확산방지층
Claims (19)
- 교대로 배열되는 복수의 n형 열전 변환 소재 및 복수의 p형 열전 변환 소재; 및
교대로 배열된 복수의 열전 변환 소재들을 고온 측 및 저온 측에서 교대로 접속하는 복수의 전극을 포함하고,
상기 복수의 전극은,
열전달 유체가 흐르는 관에 형성된 관통홀에 삽입되어 상기 열전달 유체와 직접적으로 접촉하며 열을 획득하고 획득한 열을 상기 복수의 열전 변환 소재들로 전달하기 위해, 상기 복수의 열전 변환 소재들의 고온 측 단부를 기준으로 상기 열전달 유체가 흐르는 관을 향하여 돌출되는 고온 측 전극을 포함하는, 열전 변환 모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 고온 측 전극은,
상기 n형 열전 변환 소재와 상기 p형 열전 변환 소재 사이에 일부 삽입되어 접합되는, 열전 변환 모듈. - 청구항 2에 있어서,
상기 고온 측 전극은,
상기 n형 열전 변환 소재와 상기 p형 열전 변환 소재의 고온 측 단부로부터 저온 측 단부까지 길이의 1/3 이하인 지점까지 삽입되어 접합되는, 열전 변환 모듈. - 청구항 2에 있어서,
상기 고온 측 전극과 상기 n형 열전 변환 소재 사이 및 상기 고온 측 전극과 상기 p형 열전 변환 소재 사이에는 전극재료와 열전재료 사이의 상호 확산을 방지하기 위해 확산방지층이 배치되는, 열전 변환 모듈. - 청구항 2에 있어서,
상기 고온 측 전극과 상기 n형 열전 변환 소재 사이 및 상기 고온 측 전극과 상기 p형 열전 변환 소재 사이에는 열 접합을 위한 접착층이 배치되는, 열전 변환 모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 고온 측 전극은,
상기 열전달 유체에 대한 유동 저항을 감소시키기 위해, 상기 열전달 유체가 흐르는 관에 삽입되는 일부분에 관통홀이 형성되는, 열전 변환 모듈. - 청구항 1에 있어서,
저온 측 단부에서 서로 접속되는 n형 열전 변환 소재와 p형 열전 변환 소재의 고온 측 단부를 서로 절연시키기 위해, 상기 고온 측 전극과 교대로 배치되는 서포터를 더 포함하는, 열전 변환 모듈. - 청구항 7에 있어서,
상기 서포터는,
저온 측 단부에서 서로 접속되는 상기 n형 열전 변환 소재와 상기 p형 열전 변환 소재 사이에 일부 삽입되어 접합되고, 일측면이 상기 n형 열전 변환 소재에 의해 지지되고 타측면이 상기 p형 열전 변환 소재에 의해 지지되는, 열전 변환 모듈. - 청구항 7에 있어서,
상기 고온 측 전극은,
저온 측 단부에서 서로 접속되지 않는, 인접하는 상기 n형 열전 변환 소재와 상기 p형 열전 변환 소재 사이에 일부 삽입되는 플레이트 형상으로 구비되고,
상기 서포터는,
저온 측 단부에서 서로 접속되는, 인접하는 상기 열전 변환 소재들의 고온 측 단부를 커버하고, 인접하는 상기 고온 측 전극을 일측에서 지지하는, 열전 변환 모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 고온 측 전극에 의해 접속되지 않는 상기 복수의 열전 변환 소재들의 고온 측 단부들을 서로 절연시키기 위해, 상기 고온 측 전극과 교대로 배치되는 서포터를 더 포함하고,
상기 고온 측 전극은,
상기 n형 열전 변환 소재와 상기 p형 열전 변환 소재 사이에 일부 삽입되어 접합하고,
상기 복수의 열전 변환 소재들과 상기 고온 측 전극 및 상기 서포터를 클램핑하는 클램핑 부재를 더 포함하는, 열전 변환 모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 열전달 유체가 흐르는 관에 형성되는 관통홀을 통하여 내부 유체가 누설되는 것을 막기 위해, 상기 복수의 열전 변환 소재들과 상기 관 사이에 배치되는 개스킷을 더 포함하고,
상기 고온 측 전극은, 상기 개스킷을 관통하여 상기 열전달 유체가 흐르는 관에 형성된 관통홀에 삽입되는, 열전 변환 모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 복수의 열전 변환 소재들은, 상기 열전달 유체가 흐르는 관의 원주 방향으로 배열되고,
상기 고온 측 전극은,
복수의 고온 측 전극의 상기 관 내부로 삽입되는 내측단이 상기 관이 굴곡진 방향으로 굴곡진 곡선을 이루도록 배치되는, 열전 변환 모듈. - 청구항 1에 있어서,
저온 측 전극과, 상기 저온 측 전극에 의해 서로 접속되는 상기 n형 열전 변환 소재와 상기 p형 열전 변환 소재를 파이형 열전소자세트라고 할 때,
복수의 파이형 열전소자세트는,
상기 열전달 유체가 흐르는 관의 원주 방향으로 배열되고,
상기 관과 인접하는 고온 측 단부가 상기 관이 굴곡진 방향으로 굴곡진 곡선을 이루도록 배치되는, 열전 변환 모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 고온 측 전극의 상기 열전달 유체가 흐르는 관을 관통하는 부분과, 상기 열전달 유체가 흐르는 관 사이에, 상기 고온 측 전극과 상기 관 사이의 절연을 위한 절연층이 구비되는, 열전 변환 모듈. - 교대로 배열되는 복수의 n형 열전 변환 소재 및 복수의 p형 열전 변환 소재와, 일단이 상기 n형 열전 변환 소재와 상기 p형 열전 변환 소재 사이에 삽입되는 플레이트 타입의 고온 측 전극을 포함하는 열전 변환 모듈의 제조방법에 있어서,
(a) n형 열전 변환 소재, 고온 측 전극, p형 열전 변환 소재, 및 서포터 순으로 번갈아가며 서로 중첩되도록 배열하는 단계; 및
(b) 상기 n형 열전 변환 소재, 상기 고온 측 전극, 상기 p형 열전 변환 소재, 및 상기 서포터를 접합하기 위해, 상기 n형 열전 변환 소재, 상기 고온 측 전극, 상기 p형 열전 변환 소재, 및 상기 서포터를 가압하면서 상기 고온 측 전극의 상기 열전 변환 소재들 사이에 삽입되는 일단의 반대쪽인 타단을 가열하는 단계를 포함하는, 열전 변환 모듈의 제조방법. - 청구항 15에 있어서,
상기 (a)단계는,
상기 고온 측 전극과 상기 n형 열전 변환 소재 사이 및 상기 고온 측 전극과 상기 n형 열전 변환 소재 사이에는 확산방지층을 배치하는 단계를 포함하는, 열전 변환 모듈의 제조방법. - 청구항 15에 있어서,
상기 (a)단계는,
상기 고온 측 전극과 상기 n형 열전 변환 소재 사이 및 상기 고온 측 전극과 상기 n형 열전 변환 소재 사이에 열 접합을 위한 접착층을 배치하는 단계를 포함하는, 열전 변환 모듈의 제조방법. - 청구항 15에 있어서,
상기 고온 측 전극은,
상기 n형 열전 변환 소재와 상기 p형 열전 변환 소재의 고온 측 단부로부터 저온 측 단부까지 길이의 1/3 이하인 지점까지 삽입되어 접합되는, 열전 변환 모듈의 제조방법. - 배기가스가 유동하는 배기관에 설치되어 배기가스의 열을 이용해 전력을 생성하는 열전 변환 모듈을 포함하는 차량에 있어서,
상기 열전 변환 모듈은,
교대로 배열되는 복수의 n형 열전 변환 소재 및 복수의 p형 열전 변환 소재; 및
교대로 배열된 복수의 열전 변환 소재들을 고온 측 및 저온 측에서 교대로 접속하는 복수의 전극을 포함하고,
상기 복수의 전극은,
상기 배기관에 형성된 관통홀에 삽입되어 상기 배기가스와 직접적으로 접촉하며 열을 획득하고 획득한 열을 상기 복수의 열전 변환 소재들로 전달하기 위해, 상기 복수의 열전 변환 소재들의 고온 측 단부를 기준으로 상기 배기관을 향하여 돌출되는 형상인 고온 측 전극을 포함하는, 차량.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180073363A KR102429506B1 (ko) | 2018-06-26 | 2018-06-26 | 열전 변환 모듈 및 그의 제조방법 |
| US16/165,304 US10636953B2 (en) | 2018-06-26 | 2018-10-19 | Thermoelectric conversion module and method for manufacturing the same |
| CN201811353628.4A CN110649148A (zh) | 2018-06-26 | 2018-11-14 | 热电转换模块和用于制造该热电转换模块的方法 |
| DE102018128690.2A DE102018128690A1 (de) | 2018-06-26 | 2018-11-15 | Thermoelektrisches Umwandlungsmodul und Verfahren zur Herstellung desselbigen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180073363A KR102429506B1 (ko) | 2018-06-26 | 2018-06-26 | 열전 변환 모듈 및 그의 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200000983A true KR20200000983A (ko) | 2020-01-06 |
| KR102429506B1 KR102429506B1 (ko) | 2022-08-05 |
Family
ID=68885862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180073363A KR102429506B1 (ko) | 2018-06-26 | 2018-06-26 | 열전 변환 모듈 및 그의 제조방법 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10636953B2 (ko) |
| KR (1) | KR102429506B1 (ko) |
| CN (1) | CN110649148A (ko) |
| DE (1) | DE102018128690A1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113098324A (zh) * | 2021-01-18 | 2021-07-09 | 南京依维柯汽车有限公司 | 一种热管换热式水冷汽车尾气发电装置 |
| KR102673139B1 (ko) * | 2023-11-24 | 2024-06-05 | 이동석 | 전기발생장치 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1336204B1 (en) * | 2000-09-08 | 2008-07-16 | Ferrotec (USA) Corporation | Thermoelectric module with integrated heat exchanger and method of use |
| WO2014148494A1 (ja) * | 2013-03-21 | 2014-09-25 | 国立大学法人長岡技術科学大学 | 熱電変換素子 |
Family Cites Families (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3539399A (en) * | 1966-05-09 | 1970-11-10 | Teledyne Inc | Bellows-loaded thermoelectric module |
| US4497973A (en) * | 1983-02-28 | 1985-02-05 | Ecd-Anr Energy Conversion Company | Thermoelectric device exhibiting decreased stress |
| US5038569A (en) * | 1989-04-17 | 1991-08-13 | Nippondenso Co., Ltd. | Thermoelectric converter |
| JPH07226538A (ja) * | 1993-12-13 | 1995-08-22 | Nippondenso Co Ltd | 熱電変換装置 |
| US6121539A (en) * | 1998-08-27 | 2000-09-19 | International Business Machines Corporation | Thermoelectric devices and methods for making the same |
| JPWO2004001865A1 (ja) * | 2002-06-19 | 2005-10-27 | 株式会社東芝 | 熱電素子とそれを用いた電子部品モジュールおよび携帯用電子機器 |
| JP4305252B2 (ja) * | 2004-04-02 | 2009-07-29 | 株式会社デンソー | 排熱回収装置 |
| JP2006080228A (ja) * | 2004-09-08 | 2006-03-23 | Denso Corp | 熱電変換装置およびその熱電変換装置の製造方法 |
| JP4521236B2 (ja) * | 2004-08-31 | 2010-08-11 | 株式会社東芝 | 熱電変換装置及び熱電変換装置の製造方法 |
| JP2006086402A (ja) * | 2004-09-17 | 2006-03-30 | Hitachi Metals Ltd | 管状熱電モジュールおよび熱電変換装置 |
| US20090126772A1 (en) | 2004-10-27 | 2009-05-21 | Hino Motors Ltd | Thermoelectric generating device |
| US20060112982A1 (en) * | 2004-11-30 | 2006-06-01 | Denso Corporation | Method of manufacturing thermoelectric transducer, thermoelectric transducer, and method for forming corrugated fin used for the same |
| JP2007103904A (ja) * | 2005-09-07 | 2007-04-19 | Denso Corp | 熱電変換装置 |
| JP2008034792A (ja) * | 2006-06-28 | 2008-02-14 | Denso Corp | 熱電変換装置およびその製造方法 |
| TWI338390B (en) * | 2007-07-12 | 2011-03-01 | Ind Tech Res Inst | Flexible thermoelectric device and manufacturing method thereof |
| JP2011035305A (ja) * | 2009-08-05 | 2011-02-17 | Toyota Industries Corp | 熱交換器 |
| JP5066167B2 (ja) * | 2009-12-10 | 2012-11-07 | 株式会社東芝 | 熱電デバイス及び熱電モジュール |
| DE102013202785A1 (de) * | 2013-02-20 | 2014-08-21 | Behr Gmbh & Co. Kg | Thermoelektrisches Modul |
| DE102015210398A1 (de) * | 2015-06-05 | 2016-12-08 | Bombardier Transportation Gmbh | Thermoelektrischer Generator zur Umwandlung von Wärme eines heißen Gasstroms in elektrische Energie |
| TWI570972B (zh) * | 2016-01-20 | 2017-02-11 | 財團法人工業技術研究院 | 熱電轉換裝置以及熱電轉換器 |
| KR102666234B1 (ko) | 2016-12-22 | 2024-05-16 | 코웨이 주식회사 | 가습공기청정기 |
-
2018
- 2018-06-26 KR KR1020180073363A patent/KR102429506B1/ko active IP Right Grant
- 2018-10-19 US US16/165,304 patent/US10636953B2/en active Active
- 2018-11-14 CN CN201811353628.4A patent/CN110649148A/zh active Pending
- 2018-11-15 DE DE102018128690.2A patent/DE102018128690A1/de active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1336204B1 (en) * | 2000-09-08 | 2008-07-16 | Ferrotec (USA) Corporation | Thermoelectric module with integrated heat exchanger and method of use |
| WO2014148494A1 (ja) * | 2013-03-21 | 2014-09-25 | 国立大学法人長岡技術科学大学 | 熱電変換素子 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113098324A (zh) * | 2021-01-18 | 2021-07-09 | 南京依维柯汽车有限公司 | 一种热管换热式水冷汽车尾气发电装置 |
| KR102673139B1 (ko) * | 2023-11-24 | 2024-06-05 | 이동석 | 전기발생장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110649148A (zh) | 2020-01-03 |
| US10636953B2 (en) | 2020-04-28 |
| US20190393396A1 (en) | 2019-12-26 |
| DE102018128690A1 (de) | 2020-01-02 |
| KR102429506B1 (ko) | 2022-08-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI301333B (en) | Thermoelectric device and method of manufacturing the same | |
| KR101687442B1 (ko) | 실링 부재를 구비한 차량의 열전기 발생기용 열전기 모듈 | |
| JP5785763B2 (ja) | 熱転送装置および製造方法 | |
| US20060042676A1 (en) | Thermoelectric device and method of manufacturing the same | |
| JP6091430B2 (ja) | 熱伝導層を備える熱電モジュール | |
| JP4785476B2 (ja) | 熱電発電構造及び発電機能付き熱交換器 | |
| US9293679B2 (en) | Thermoelectric module for a thermoelectric generator of a vehicle and vehicle having thermoelectric modules | |
| RU2563550C2 (ru) | Полупроводниковый элемент для термоэлектрического модуля и способ его изготовления | |
| US8648246B2 (en) | Thermoelectric module and power generation apparatus | |
| JPH0690030A (ja) | 熱電素子シート | |
| JP2008034792A (ja) | 熱電変換装置およびその製造方法 | |
| KR102429506B1 (ko) | 열전 변환 모듈 및 그의 제조방법 | |
| JP2006179843A (ja) | 熱電変換装置およびその製造方法 | |
| KR20110077492A (ko) | 발전용 열전 모듈 및 그 제조 방법 | |
| JP2008035595A (ja) | 熱発電装置及びその製造方法 | |
| JP2004088057A (ja) | 熱電モジュール | |
| EP2936573A1 (fr) | Ensemble comprenant un élément thermo électrique et un moyen de connexion électrique dudit élément thermo électrique, module et dispositif thermo électrique comprenant un tel ensemble | |
| JP2014500618A (ja) | 車両の熱電発生器用の熱電モジュール | |
| KR102383438B1 (ko) | 열전 변환 모듈 및 그를 포함하는 차량 | |
| JP5049533B2 (ja) | 熱電変換装置 | |
| KR102150308B1 (ko) | 열전발전모듈 | |
| CN210292284U (zh) | 一种半导体电加热管 | |
| KR102395300B1 (ko) | 열전 소자 유닛, 열전 소자 유닛을 포함하는 열전 모듈 및 열전 소자 유닛의 제조 방법 | |
| JP3062754B1 (ja) | 熱電発電モジュ―ル | |
| JP4682756B2 (ja) | 熱電変換装置およびその装置の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |