KR20210015158A - Heat-radiation structure using hygroscopic polymer and thermoelectric module having the same - Google Patents
Heat-radiation structure using hygroscopic polymer and thermoelectric module having the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20210015158A KR20210015158A KR1020190093591A KR20190093591A KR20210015158A KR 20210015158 A KR20210015158 A KR 20210015158A KR 1020190093591 A KR1020190093591 A KR 1020190093591A KR 20190093591 A KR20190093591 A KR 20190093591A KR 20210015158 A KR20210015158 A KR 20210015158A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- heat dissipation
- thermoelectric
- substrate
- heat
- hygroscopic polymer
- Prior art date
Links
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 48
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims abstract description 77
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 40
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 39
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 17
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 9
- 229920001495 poly(sodium acrylate) polymer Polymers 0.000 claims description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 7
- NNMHYFLPFNGQFZ-UHFFFAOYSA-M sodium polyacrylate Chemical group [Na+].[O-]C(=O)C=C NNMHYFLPFNGQFZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 7
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 5
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 5
- 229920003020 cross-linked polyethylene Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004703 cross-linked polyethylene Substances 0.000 claims description 5
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 claims description 5
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 5
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 claims description 5
- 229920002785 Croscarmellose sodium Polymers 0.000 claims description 3
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims description 3
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 3
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 abstract description 10
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 abstract description 10
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 21
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 16
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 16
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 7
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 5
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 5
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 2
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 2
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 2
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229910002909 Bi-Te Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021591 Copper(I) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 230000005678 Seebeck effect Effects 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002313 adhesive film Substances 0.000 description 1
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007743 anodising Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000036760 body temperature Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000001879 copper Chemical class 0.000 description 1
- OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M copper(I) chloride Chemical compound [Cu]Cl OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000012777 electrically insulating material Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000006262 metallic foam Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000247 superabsorbent polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H01L35/30—
-
- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L101/00—Compositions of unspecified macromolecular compounds
- C08L101/12—Compositions of unspecified macromolecular compounds characterised by physical features, e.g. anisotropy, viscosity or electrical conductivity
- C08L101/14—Compositions of unspecified macromolecular compounds characterised by physical features, e.g. anisotropy, viscosity or electrical conductivity the macromolecular compounds being water soluble or water swellable, e.g. aqueous gels
-
- H01L35/26—
-
- 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
- H10N10/80—Constructional details
- H10N10/85—Thermoelectric active materials
- H10N10/857—Thermoelectric active materials comprising compositions changing continuously or discontinuously inside the material
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 방열 구조에 관한 것으로, 보다 자세하게는, 흡습성 고분자를 이용한 방열 구조 및 이를 포함하는 열전 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a heat radiation structure, and more particularly, to a heat radiation structure using a hygroscopic polymer and a thermoelectric module including the same.
최근 전기 전자 분야 등에서 사용 되고 있는 전자 기기는 소형화와 더불어 집적화되는 추세로 인하여 많은 열이 발생하는 구조를 가지게 된다. 따라서 열에 의한 소자의 오동작을 막고 장기 안정성을 확보하기 위해서는 열을 빠르게 방출시키는 방열 기술이 매우 필요한 상황이다. 일반적으로 쓰이는 방법은 소자의 발열 부분에 열전도율이 높은 금속을 사용하여 부품내의 열이 빠르게 방출 될 수 있도록 하는 히트싱크(heat sink)를 사용한다. 통상적으로 활용되는 히트싱크는 알루미늄, 구리 등 열전도도가 높은 금속을 핀 형상 등과 같이 표면적이 큰 형상으로 가공하여 공기중으로 열을 방출하는 형태를 가진다. 이러한 형태의 히트싱크는 냉각 효율을 높이기 위하여 보통 발열 부분보다 면적이 크게 제작 된다. 이렇게 되면 전체 제품의 무게 및 부피가 늘어나게 된다. 따라서 동일 면적에서 방열 성능을 극대화하고자 하는 새로운 구조에 대한 연구는 지속적으로 이루어지고 있다. Recently, electronic devices used in electric and electronic fields have a structure that generates a lot of heat due to the trend of being integrated with the miniaturization. Therefore, in order to prevent malfunction of the device due to heat and to secure long-term stability, a heat dissipation technology that rapidly dissipates heat is very necessary. A commonly used method uses a heat sink that allows the heat in the part to be quickly released by using a metal with high thermal conductivity for the heating part of the device. A commonly used heat sink has a form in which a metal having high thermal conductivity, such as aluminum or copper, is processed into a shape with a large surface area such as a fin shape to emit heat into the air. In order to increase cooling efficiency, this type of heat sink has a larger area than the normal heating part. This will increase the weight and volume of the entire product. Therefore, research on a new structure to maximize the heat dissipation performance in the same area is continuously being conducted.
열전발전 소자는 열전모듈 양단간에 온도 구배가 있을 때 발생하는 기전력을 전원으로 활용하는 소자이다. 열전 발전 소자는 장기내구성이 필요한 심우주 위성의 전력원, 자동차 및 산업시설에서 버려지는 열을 회수하여 전력으로 변환하는 발전시스템, 인체의 체온을 활용한 웨어러블 발전시스템 등 그 응용분야가 지속적으로 확대되고 있다. 통상 열전 발전 시스템에서 발전되는 출력은 (SΔT)2/4Rint 로 정의되며 여기서 S는 열전발전시스템의 열기전력 (제백계수 ;V/K), T는 열전 발전시스템의 저온부와 고온부 사이의 온도차, Rint 는 열전발전시스템의 내부 저항이다. Thermoelectric power generation devices are devices that utilize electromotive force generated when there is a temperature gradient between both ends of a thermoelectric module as a power source. Thermoelectric power generation devices are continuously expanding their application fields, such as power sources for deep space satellites that require long-term durability, power generation systems that recover and convert heat wasted from automobiles and industrial facilities into power, and wearable power generation systems using body temperature. Has become. In general, the power generated by a thermoelectric power generation system is defined as (SΔT) 2 /4R int , where S is the thermoelectric power of the thermoelectric power system (see Baek coefficient; V/K), T is the temperature difference between the low temperature and high temperature parts of the thermoelectric power system, R int is the internal resistance of the thermoelectric power system.
열원을 인체의 체열을 활용하여 열전 발전 시스템을 구성할 경우 고온부는 열전발전시스템이 피부와 접촉하는 부분이(하단부) 될 것이며 저온부는 대기와 열전 발전시스템이 접촉하는 부분 (상단부)가 된다. 이때 하단부의 온도는 피부의 열저항과 열전 발전시스템의 계면 열저항에 의존하게 된다. 상단부의 온도는 대기와 열전발전시스템 상단부의 열저항에 의존하며 이를 대기의 온도와 유사하게 유지하기 위해서 방열 핀등의 구조를 가지는 방열시스템을 사용하게 된다. 웨어러블 열전 발전시스템의 경우 인체 착용성 등을 고려하여야 함으로 방열시스템을 무한정 크게 할 수 없으며 제한된 사이즈에서 이의 열전달율 (Heat transfer coefficient; Kcal/m2h℃)을 최대화 하는 것이 온도차를 크게 하여 발전 효율을 증가시키는 관건이다. When a thermoelectric power generation system is constructed using the body's body heat as a heat source, the high temperature part becomes the part where the thermoelectric power system contacts the skin (the lower part), and the low temperature part becomes the part where the atmosphere and the thermoelectric power system contact (the upper part). At this time, the temperature of the lower part depends on the thermal resistance of the skin and the interfacial thermal resistance of the thermoelectric power generation system. The temperature of the upper part depends on the heat resistance of the atmosphere and the upper part of the thermoelectric power generation system, and in order to keep this similar to the temperature of the atmosphere, a heat dissipation system having a structure such as a heat dissipation fin is used. In the case of a wearable thermoelectric power generation system, the heat dissipation system cannot be increased indefinitely because human wearability, etc. must be considered, and maximizing its heat transfer coefficient (Kcal/m 2 h℃) in a limited size increases the temperature difference to increase power generation efficiency. It is the key to increasing it.
중국 저장대학 Y. Shi 연구진에서는 열전 발전 효율향상을 위하여 구리 다공체(Copper foam) 형태의 방열 구조를 제시하였으나, 기존의 핀 타입의 히트싱크보다 방열 능력은 떨어지는 것으로 확인 되었다. 이는 기존의 핀타입에 비하여, 구리 다공체 내에서 대류 현상이 억제 되어 외부 공기와 열교환능이 떨어지는 것에 기인한다. Researchers at Zhejiang University, China, proposed a heat dissipation structure in the form of a copper foam to improve the efficiency of thermoelectric power generation, but it was confirmed that the heat dissipation ability was lower than that of the existing fin-type heat sink. This is due to the fact that the convection phenomenon is suppressed in the copper porous body compared to the conventional fin type, and the heat exchange performance with the outside air is inferior.
상기 기술과 관련 하여 대한민국 공개 특허 10-2016-0047843 에서는 열전모듈의 조각을 이용하고 또 충전부를 포함하는 디바이스를 게시하였으며 온도차 향상을 위한 방열부로 상부 히트싱크를 포함하고 있다. 대한민국 공개 특허 10-2017-0139366 에서는 열전모듈의 일면을 인체의 피부에 부착시키는 형태의 웨어러블 발전시스템에서 흡습 및 발열성 재질로 형성되는 발열유닛과 열을 방열시키는 방열유닛을 포함하는 형태의 유연열전 시스템을 제시하고 있다. In connection with the above technology, Korean Patent Publication No. 10-2016-0047843 discloses a device that uses a piece of a thermoelectric module and includes a charging unit, and includes an upper heat sink as a heat dissipation unit for improving the temperature difference. In the Korean Patent Publication No. 10-2017-0139366, in a wearable power generation system in which one surface of a thermoelectric module is attached to the skin of the human body, a flexible thermoelectric device that includes a heat-dissipating unit formed of a moisture-absorbing and heat generating material and a heat-dissipating unit that dissipates heat. System.
본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 개선된 방열 성능을 갖는 방열 구조를 제공하는 것이다.The technical problem of the present invention is to provide a heat dissipation structure having improved heat dissipation performance.
본 발명의 다른 과제는 상기 방열 구조를 포함하는 열전 모듈을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a thermoelectric module including the heat dissipation structure.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 실시예에 따른 방열 구조는, 방열 몸체 및 상기 방열 몸체와 결합된 흡습성 고분자를 포함한다.The heat dissipation structure according to an embodiment for realizing the object of the present invention includes a heat dissipation body and a hygroscopic polymer combined with the heat dissipation body.
일 실시예에 따르면, 상기 방열 몸체는, 핀 어레이를 포함하며, 상기 흡습성 고분자는 인접하는 핀들 사이에 배치된다.According to an embodiment, the heat dissipation body includes a fin array, and the hygroscopic polymer is disposed between adjacent fins.
일 실시예에 따르면, 상기 방열 몸체는 금속의 다공성 구조를 갖는다.According to an embodiment, the heat dissipation body has a metal porous structure.
일 실시예에 따르면, 상기 흡습성 고분자는, 소듐 폴리아크릴레이트(sodium polyacrylate), 폴리아크릴아미드 공중합체(polyacrylamide copolymer), 에틸렌 말레산 무수물 공중합체(ethylene maleic anhydride copolymer), 가교 카르복시메?K셀룰로오스(cross-linked carboxymethylcellulose), 폴리비닐알콜 공중합체(polyvinyl alcohol copolymers) 및 가교 폴리에틸렌 옥사이드(cross-linked polyethylene oxide)로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함한다.According to an embodiment, the hygroscopic polymer is sodium polyacrylate, polyacrylamide copolymer, ethylene maleic anhydride copolymer, cross-linked carboxyme?K cellulose ( cross-linked carboxymethylcellulose), polyvinyl alcohol copolymers, and cross-linked polyethylene oxide.
일 실시예에 따르면, 상기 방열 몸체와 결합되어 상기 흡습성 고분자를 커버하며, 상기 흡습성 고분자가 배치되는 내부 공간과 외부 공간을 연결하는 통기부를 갖는 커버 부재를 더 포함한다.According to an embodiment, the cover member is coupled to the heat dissipation body to cover the hygroscopic polymer, and further includes a cover member having a ventilation portion connecting an inner space and an outer space in which the hygroscopic polymer is disposed.
일 실시예에 따르면, 상기 커버 부재는 섬유 집합체를 포함한다.According to one embodiment, the cover member comprises a fiber assembly.
일 실시예에 따르면, 상기 흡습성 고분자는 파우더 형태를 가지며, 흡습량은 30g/g 이상이고, 파우더의 직경은 150㎛ 내지 850㎛이다.According to an embodiment, the hygroscopic polymer has a powder form, a moisture absorption amount of 30 g/g or more, and a diameter of the powder of 150 μm to 850 μm.
본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈은, 제1 기판, 제2 기판, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 배치되는 열전 물질부, 상기 제1 기판과 상기 열전 물질부 사이에 배치되는 제1 전극 및 상기 열전 물질부와 상기 제2 기판 사이에 배치되는 제2 전극을 포함하는 열전 소자; 및 상기 열전 소자의 제1 기판에 결합되는 방열 구조를 포함한다.The thermoelectric module according to an embodiment of the present invention includes a first substrate, a second substrate, a thermoelectric material portion disposed between the first substrate and the second substrate, and a thermoelectric material portion disposed between the first substrate and the thermoelectric material portion. A thermoelectric element including a first electrode and a second electrode disposed between the thermoelectric material portion and the second substrate; And a heat dissipation structure coupled to the first substrate of the thermoelectric element.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨어러블 기기는 상기 열전 모듈을 포함하며, 상기 열전 모듈의 제2 기판은 신체 또는 의복에 부착된다.The wearable device according to an embodiment of the present invention includes the thermoelectric module, and the second substrate of the thermoelectric module is attached to the body or clothing.
본 발명의 실시예들에 따르면, 흡습성 고분자의 기화 잠열(대기 중 수분 흡수 및 기화)을 이용하여 기본 방열 구조의 한계를 뛰어 넘는 우수한 방열 성능을 갖는 방열 구조를 구현할 수 있다.According to embodiments of the present invention, a heat dissipation structure having excellent heat dissipation performance over the limit of the basic heat dissipation structure may be implemented by using the latent heat of vaporization (moisture absorption and vaporization in the air) of the hygroscopic polymer.
또한, 방열 구조의 기화 속도를 조절함으로써, 방열 유지 시간을 증가시키고, 방열 조건 및 목표 성능에 따라 방열 성능을 조절할 수 있다.In addition, by adjusting the vaporization rate of the heat dissipation structure, it is possible to increase the heat dissipation holding time and adjust the heat dissipation performance according to the heat dissipation condition and target performance.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈의 열전 소자 유닛을 확대 도시한 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 열전 모듈을 도시한 단면도들이다.
도 6은 실시예 1의 열전 모듈의 디지털 사진이다.
도 7은 실시예 2의 열전 모듈의 디지털 사진이다.
도 8a 및 도 8b는 실시예 1 및 2의 열전 모듈(Al Heat sink + SAP, Cu foam + SAP)의 하부 기판과 상부 기판의 온도차를 도시한 그래프이다.
도 9a 및 도 9b는 실시예 1 및 2의 열전 모듈에서 출력하는 전력 및 전압의 크기를 측정하여 도시한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈의 온도차를 구리 다공체의 기공 크기에 따라 측정하여 도시한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈(금속 방열판 + 고분자 흡수 수지) 및 종래의 금속 방열판의 냉각 성능을 습도에 따라 도시한 그래프이다.1 is a cross-sectional view illustrating a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
2 is an enlarged cross-sectional view of a thermoelectric element unit of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
3 to 5 are cross-sectional views illustrating thermoelectric modules according to embodiments of the present invention.
6 is a digital photograph of the thermoelectric module of Example 1.
7 is a digital photograph of the thermoelectric module of Example 2.
8A and 8B are graphs showing a temperature difference between a lower substrate and an upper substrate of the thermoelectric module (Al Heat sink + SAP, Cu foam + SAP) of Examples 1 and 2;
9A and 9B are graphs showing the magnitudes of power and voltage output from the thermoelectric modules of Examples 1 and 2 measured.
10 is a graph showing a temperature difference of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention measured according to a pore size of a copper porous body.
11 is a graph showing the cooling performance of a thermoelectric module (metal heat sink + polymer absorbent resin) and a conventional metal heat sink according to an embodiment of the present invention according to humidity.
본 출원에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.In the present application, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 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 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof, does not preclude in advance the possibility of being added.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈을 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 열전 모듈은, 열전부(200) 및 방열부(110)를 포함한다. 상기 열전부(200)는 열전 소자를 포함한다. 상기 열전부(200)는, 상기 열전 소자 양단의 온도차에 의해 전력을 생산할 수 있다.Referring to FIG. 1, the thermoelectric module includes a
상기 방열부(110)는 상기 열전부(200)의 일면에 결합할 수 있다. 상기 열전부(200)의 타면은 열원에 인접할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈을 웨어러블 기기의 전력원으로서 채용될 수 있다. 이에 따라, 상기 열전부(200)의 타면은 신체에 인접할 수 있다. The
상기 방열부(110)는 상기 열전부(200)와 연결되어, 상기 열전부(200)로부터 열을 방출한다, 이에 따라, 방열부(110)와 인접하는 상기 열전부(200)의 단부의 온도를 낮출 수 있다. 상기 열전 소자는, 소자 양단의 온도차에 따라 전기가 발생하는 제벡 효과에 의하여 기전력이 발생하므로, 양단의 온도차가 클수록 발전 효율이 증가한다.The
일 실시예에 따르면, 상기 방열부(110)는, 방열 몸체(112) 및 흡습성 고분자(114)를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the radiating
상기 방열 몸체(112)는, 금속 등과 같은 열 전도성이 높은 물질을 포함할 수 있으며, 방열 효과를 높이기 위하여 알려진 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 방열 몸체(112)는, 구리, 알루미늄, 니켈 등과 같은 금속, 그래핀, 탄소 나노 튜브 등과 같은 탄소계 물질, 세라믹 등을 포함할 수 있다. 상기 방열 몸체(112)는, 핀 형상을 갖는 복수의 돌출부들의 어레이를 포함할 수 있다.The
상기 흡습성 고분자(114)는, 대기의 수분을 흡수한다. 상기 흡수된 수분이 기화될 때, 잠열에 의해 상기 방열 몸체(112)의 열을 빼앗는다. 따라서, 단순 대류나 복사 보다 큰 방열 효과를 나타낼 수 있다.The
예를 들어, 상기 흡습성 고분자(114, super absorbent polymer)는, 소듐 폴리아크릴레이트(sodium polyacrylate), 폴리아크릴아미드 공중합체(polyacrylamide copolymer), 에틸렌 말레산 무수물 공중합체(ethylene maleic anhydride copolymer), 가교 카르복시메?K셀룰로오스(cross-linked carboxymethylcellulose), 폴리비닐알콜 공중합체(polyvinyl alcohol copolymers), 가교 폴리에틸렌 옥사이드(cross-linked polyethylene oxide) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.For example, the hygroscopic polymer (114, super absorbent polymer), sodium polyacrylate (sodium polyacrylate), polyacrylamide copolymer (polyacrylamide copolymer), ethylene maleic anhydride copolymer (ethylene maleic anhydride copolymer), crosslinked carboxy Me?K cellulose (cross-linked carboxymethylcellulose), polyvinyl alcohol copolymers (polyvinyl alcohol copolymers), cross-linked polyethylene oxide (cross-linked polyethylene oxide), or a combination thereof.
일 실시예에 따르면, 상기 흡습성 고분자(114)는, 상기 방열 몸체(112)의 핀(pin)들 사이에 배치될 수 있다. 도 1에서, 상기 흡습성 고분자(114)는 파티클 형상을 갖는 것으로 도시되었으나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않으며, 상기 흡습성 고분자(114)는, 상기 방열 몸체(112)의 표면을 커버하는 연속적인 층 형상을 가질 수도 있다.According to an embodiment, the
일 실시예에 따르면, 상기 흡습성 고분자(114)는 상기 방열 몸체(112)에 접착될 수 있다. 예를 들어, 상기 흡습성 고분자(114)는 아교 등과 같은 적절한 접착제에 의해 상기 방열 몸체(112)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 방열 몸체(112)에 스프레이 등을 통하여 접착제를 전체적으로 또는 부분적으로 도포한 후, 파우더 형태의 흡습성 고분자를 분사하여, 흡습성 고분자(114)와 결합된 방열 몸체(112)를 형성할 수 있다. 상기 흡습성 고분자(114)는 수분을 흡수하면 부피가 팽창하여, 상기 방열 몸체(112)에 밀착할 수 있다. According to an embodiment, the
예를 들어, 상기 흡습성 고분자의 흡습량은 30g/g 이상일 수 있으며, 파우더의 직경은 150㎛ 내지 850㎛일 수 있다. For example, the moisture absorption amount of the hygroscopic polymer may be 30 g/g or more, and the diameter of the powder may be 150 μm to 850 μm.
상기 열전부(200)는, 열전 소자의 어레이를 포함할 수 있다.The
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈의 열전 소자 유닛을 확대 도시한 단면도이다.2 is an enlarged cross-sectional view of a thermoelectric element unit of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 열전 소자 유닛(10)은, 제1 기판(210), 상기 제1 기판과 이격된 제2 기판(220), 상기 제1 기판(210)과 상기 제2 기판(220) 사이에 배치되며 서로 이격되는 제1 전극(12) 및 제2 전극(14), 상기 제1 전극(12) 및 상기 제2 전극(14) 사이에 배치되는, 열전 물질부(16)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the
일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극(12)과 상기 열전 물질부(16) 사이에는, 제1 배리어층(18a)이 배치될 수 있다. 또한, 상기 제2 전극(14)과 상기 열전 물질부(16) 사이에는, 제2 배리어층(18b)이 배치될 수 있다. 상기 배리어층들은 상기 열전 물질부(16)를 보호할 수 있다. According to an embodiment, a
상기 제1 기판(210) 및 상기 제2 기판(220)은, 각각 전기 절연성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 기판(210) 및 상기 제2 기판(220)은, 알루미나, 사파이어, 실리콘, 실리콘 질화물, 실리콘 탄화물, 실리콘 탄화 알루미늄, 석영, 고분자 등을 포함할 수 있다. 상기 고분자는, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아크릴 수지 등을 포함할 수 있다. Each of the
다른 실시예에서, 상기 제1 기판(210) 및 상기 제2 기판(220) 중 적어도 하나는 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 기판(210) 및 상기 제2 기판(220) 중 적어도 하나는, 구리, 알루미늄, 니켈 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 상기 제1 기판(210) 또는 상기 제2 기판(220)이 금속을 포함하는 경우, 상기 제1 기판(210) 또는 상기 제2 기판(220)과 상기 제1 전극(12) 또는 상기 제2 전극(14) 사이에는 유전층이 배치될 수 있다.In another embodiment, at least one of the
상기 제1 기판(210) 및 상기 제2 기판(220)은, 동일한 물질로 이루어지거나, 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다.The
일 실시예에 따르면, 상기 열전 소자 유닛(10)은, 한 쌍의 열전 물질부(16)를 포함할 수 있다. 상기 열전 물질부(16)들은 서로 다른 타입으로 도핑될 수 있다. 예를 들어, 상기 열전 소자 유닛(10)은, n 타입으로 도핑된 제1 열전 물질부(N) 및 p 타입으로 도핑된 제2 열전 물질부(P)를 포함할 수 있다. 상기 제1 열전 물질부(N) 및 상기 제2 열전 물질부(P)들의 일단은 제1 전극(12)에 공통으로 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 열전 물질부(N) 및 상기 제2 열전 물질부(P)들의 타단은 서로 이격된 제2 전극(14)들에 각각 전기적으로 연결될 수 있다.According to an embodiment, the
예를 들어, 상기 열전 물질부(16)는 원기둥 형상 또는 다각 기둥 형상을 가질 수 있다.For example, the
예를 들어, 상기 제1 전극(12)은, 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag) 등과 같은 금속을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 전극(12)은, NiP, TiN, ZnO 등과 같은 금속 화합물을 더 포함할 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 조합으로 사용될 수 있다. 상기 제2 전극(14)은, 상기 제1 전극과 동일한 물질 또는 다른 물질을 포함할 수 있다.For example, the
상기 배리어층들은, 상기 제1 전극(12) 또는 상기 제2 전극(14)과 다른 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 배리어층들은, 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 몰리브덴(Mo), 주석(Sn), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 텅스텐(W) 등과 같은 금속, 이들의 합금, 또는 이들의 금속 화합물을 포함할 수 있다. 상기 금속 화합물은 NiP, TiN, ZnO 등과 같은 금속 화합물을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 배리어층들은, 상기 제1 전극(12)을 구성하는 물질보다 열팽창율이 작은 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(12) 또는 상기 제2 전극(14)이 구리를 포함하는 경우, 상기 배리어층들은 구리를 제외한 다른 물질을 포함할 수 있으며, 구체적으로, 니켈, 티타늄, 주석, 지르코늄, 이들의 합금 또는 이들의 금속 화합물을 포함할 수 있다.The barrier layers may include a material different from that of the
일 실시예에 따르면, 상기 열전 물질부(16)는 열전 물질을 포함한다. 예를 들어, 상기 열전 물질부(16)는, Bi(비스무트)-Te(텔루륨)계, Sb(안티몬)-Te계, Bi-Te-Se(셀레늄)계, Bi-Te-Sb계, Bi-Sb-Te-Se 등과 같은 2원소계, 3원소계 및 4원소계 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 열전 물질은 적정한 물질로 도핑될 수 있다. 예를 들어, Bi-Te계에 셀레늄(Se) 등이 첨가되어 N-형이 되거나, 안티몬(Sb) 등이 첨가되어 P-형이 될 수 있으며, 상기 원소 이외에 SbI3, Cu, Ag, CuCl2 등과 같은 불순물을 주입한 N/P형도 가능하다. According to an embodiment, the
예를 들어, 상기 열전 물질은 (Bi1-xSbx)2(Te1-ySey)3 (0≤x≤1, 0≤y≤1)의 화학식으로 나타내질 수 있다. 예를 들어, 상기 열전 물질은, Bi2Te3, Sb2Te3, Bi0.4Sb1.6Te3, Bi2Te2.7Se0.3 등의 조성을 가질 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예들에서는, 본 발명이 속하는 분야에서 알려진 다양한 물질이 사용될 수 있다.For example, the thermoelectric material may be represented by a formula of (Bi 1-x Sb x ) 2 (Te 1-y Se y ) 3 (0≤x≤1, 0≤y≤1). For example, the thermoelectric material may have a composition such as Bi 2 Te 3 , Sb 2 Te 3 , Bi 0.4 Sb 1.6 Te 3 , Bi 2 Te 2.7 Se 0.3 . However, embodiments of the present invention are not limited thereto, and various materials known in the field to which the present invention pertains may be used in the embodiments of the present invention.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 열전 모듈을 도시한 단면도들이다.3 to 5 are cross-sectional views illustrating thermoelectric modules according to embodiments of the present invention.
도 3을 참조하면, 열전 모듈은, 열전부(200) 및 방열부(120)를 포함한다. 상기 방열부(120)는, 방열 몸체(122) 및 흡습성 고분자(124)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3, the thermoelectric module includes a
일 실시예에 따르면, 상기 방열 몸체(122)는, 금속의 다공성 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 다공성 방열 몸체(122)는, 금속 폼(foam)일 수 있다. 예를 들어, 상기 다공성 구조의 기공 크기는 0.1mm 내지 0.5mm일 수 있으며, 바람직하게 0.2mm 내지 0.4mm일 수 있다. According to an embodiment, the radiating
예를 들어, 상기 다공성 방열 몸체(122)는, 선택적 에칭 또는 양극 산화법에 의해 제조될 수 있다.For example, the porous
상기 다공성 방열 몸체(122)를 상기 열전부(200)에 부착하기 위하여, 높은 열전도도를 갖는 접착제가 활용될 수 있다. 예를 들어, 실버 페이스트, 열전도성 그리스, 반응성 화합물, 접착 필름 등이 사용 될 수 있다. In order to attach the
상기 다공성 방열 몸체(122)에는 흡습성 고분자(124)가 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 다공성 방열 몸체(122)에 접착력이 좋은 아교 등을 분사한 후, 파우더 형태의 흡습성 고분자(124)를 분사하여, 상기 열전부(200)에 결합된 방열부(120)를 형성할 수 있다.A
도 4를 참조하면, 흡습성 고분자(124)와 결합된 다공성 구조의 방열 몸체(122)는, 수납부(126) 내에 배치될 수 있다.Referring to FIG. 4, the
예를 들어, 상기 수납부(126)는 일 면이 개구된 박스 형상을 가질 수 있다. For example, the receiving
상기 방열부(120) 내의 대류 현상을 촉진하기 위하여, 상기 수납부(126)는 외부 공간과 내부 공간을 연결하는 개구부(128)를 가질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 개구부(128)는, 상기 수납부의 측벽을 관통하도록 형성될 수 있다.In order to promote the convection phenomenon in the
도 5를 참조하면, 핀 어레이를 포함하는 방열 몸체(112)는 커버 부재(116)와 결합될 수 있다. 상기 커버 부재(116)는 핀 어레이 및 상기 핀 어레이들 사이에 배치되는 흡습성 고분자(114)의 상부를 커버할 수 있다. Referring to FIG. 5, the
일 실시예에 따르면, 상기 커버 부재(116)는 통기부(118)를 갖는다. 따라서, 상기 방열 몸체(112)가 개구되어 있는 구조에 비하여, 상기 흡습성 고분자(114)에 흡착된 수분의 기화 속도를 감소시킬 수 있다. 따라서, 수분의 기화에 의한 방열 유지 시간을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 통기부(118)의 개수 및 크기를 조절함으로써, 방열 조건 및 목표 성능에 따라 방열 성능을 조절할 수 있다. 상기 통기부(118)는, 홀, 슬릿 등 다양한 형상을 가질 수 있다.According to an embodiment, the
상기 커버 부재(116)의 형상은 도시된 것에 한정되지 않으며, 부직포나 편직물 등과 같은 섬유 집합체의 형태를 가질 수도 있다. The shape of the
본 발명의 실시예들에 따르면, 흡습성 고분자의 기화 잠열(대기 중 수분 흡수 및 기화)을 이용하여 기본 방열 구조의 한계를 뛰어 넘는 우수한 방열 성능을 갖는 방열 구조를 구현할 수 있다.According to embodiments of the present invention, a heat dissipation structure having excellent heat dissipation performance over the limit of the basic heat dissipation structure may be implemented by using the latent heat of vaporization (moisture absorption and vaporization in the air) of the hygroscopic polymer.
또한, 방열 구조의 기화 속도를 조절함으로써, 방열 유지 시간을 증가시키고, 방열 조건 및 목표 성능에 따라 방열 성능을 조절할 수 있다.In addition, by adjusting the vaporization rate of the heat dissipation structure, it is possible to increase the heat dissipation holding time and adjust the heat dissipation performance according to the heat dissipation condition and target performance.
또한, 상기 방열 구조는 열전 소자와 결합하여, 발전 장치, 냉각 장치 또는 온열 장치로서 사용될 수 있다.In addition, the heat dissipation structure may be combined with a thermoelectric element and used as a power generation device, a cooling device, or a heating device.
예를 들어, 상기 방열 구조를 포함하는 열전 모듈은, 광통신 모듈, 센서, 의료 기기, 측정 기기, 항공 우주 산업, 냉장고, 칠러(chiller), 자동차 통풍 시트, 컵 홀더, 세탁기, 건조기, 와인 셀러, 정수기, 센서용 전원 공급 장치, 서모파일(thermopile), 웨어러블 기기 등에 사용될 수 있다.For example, the thermoelectric module including the heat dissipation structure may include an optical communication module, a sensor, a medical device, a measuring device, aerospace industry, a refrigerator, a chiller, a ventilation sheet for a vehicle, a cup holder, a washing machine, a dryer, a wine cellar, It can be used for water purifiers, power supply devices for sensors, thermopiles, wearable devices, and the like.
특히, 본 발명의 실시예들에 따른 열전 모듈은 대류 환경에서 높은 방열 성능을 가질 수 있으므로, 보행 시 발생하는 대류 현상을 이용하여 신체, 의복 등에 부착되는 웨어러블 기기에 적합하게 사용될 수 있다.In particular, since the thermoelectric module according to the embodiments of the present invention may have high heat dissipation performance in a convective environment, it may be suitably used for a wearable device attached to a body or clothing by using a convection phenomenon occurring during walking.
이하에서는, 구체적인 실시예를 통하여, 본 발명에 따른 방열 구조 및 열전 모듈의 성능에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the heat dissipation structure and the performance of the thermoelectric module according to the present invention will be described in more detail through specific embodiments.
실시예 1Example 1
알루미늄 방열핀에 아교를 부분적으로 분사하고, 파우더 형태의 흡습성 고분자(소듐 폴리아크릴레이트)를 분사하여, 흡습성 고분자가 부착된 방열 구조를 준비하고, 상기 방열 구조를, 열전 소자 어레이를 포함하는 열전 모듈과 결합하였다. 도 6은 실시예 1의 열전 모듈의 디지털 사진이다.Partially spraying the glue on the aluminum radiating fins and spraying a hygroscopic polymer (sodium polyacrylate) in powder form to prepare a heat dissipation structure with a hygroscopic polymer attached thereto, and the heat dissipation structure, a thermoelectric module including a thermoelectric element array and Combined. 6 is a digital photograph of the thermoelectric module of Example 1.
실시예 2Example 2
선택적 에칭으로 제조된 구리 다공체(foam)에 아교를 부분적으로 분사하고, 파우더 형태의 흡습성 고분자(소듐 폴리아크릴레이트)를 분사하여, 흡습성 고분자가 부착된 방열 구조를 준비하고, 상기 방열 구조를, 열전 소자 어레이를 포함하는 열전 모듈과 결합하였다. 도 7은 실시예 2의 열전 모듈의 디지털 사진이다.The glue is partially sprayed on the copper foam produced by selective etching, and a hygroscopic polymer (sodium polyacrylate) in powder form is sprayed to prepare a heat dissipation structure with a hygroscopic polymer attached thereto, and the heat dissipation structure is thermoelectric. It was combined with a thermoelectric module including an element array. 7 is a digital photograph of the thermoelectric module of Example 2.
상기 실시예 1 및 2의 열전 모듈(Al Heat sink + SAP, Cu foam + SAP)의 하부 기판의 온도를 27℃ 내지 40℃로 유지한 상태에서, 23℃의 1.5 m/s 대류 환경에서, 하부 기판과 상부 기판의 온도차를 측정하여, 도 8a 및 도 8b의 그래프에 도시하였다.In a state where the temperature of the lower substrate of the thermoelectric module (Al Heat sink + SAP, Cu foam + SAP) of Examples 1 and 2 was maintained at 27°C to 40°C, in a 1.5 m/s convection environment of 23°C, the lower part The temperature difference between the substrate and the upper substrate was measured and shown in the graphs of FIGS. 8A and 8B.
또한, 온도차가 4℃인 환경에서, 실시예 1 및 2의 열전 모듈에서 출력하는 전력 및 전압의 크기를 측정하여 도 9a 및 9b의 그래프에 도시하였다.In addition, in an environment where the temperature difference is 4°C, the magnitudes of power and voltage output from the thermoelectric modules of Examples 1 and 2 are measured and shown in graphs of FIGS. 9A and 9B.
비교예로서, 흡습성 고분자 없이 알루미늄 방열핀과 결합된 열전 모듈(비교예 1, Al Heat sink) 및 흡습성 고분자 없이 구리 다공체와 결합된 열전 모듈(비교예 2, Cu foam)에 대하여 동일한 실험을 수행하였다. As a comparative example, the same experiment was performed for a thermoelectric module (Comparative Example 1, Al Heat sink) combined with an aluminum heat sink without a hygroscopic polymer and a thermoelectric module (Comparative Example 2, Cu foam) combined with a copper porous body without a hygroscopic polymer.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈은, 흡습성 고분자를 이용하지 않는 비교예의 열전 모듈에 비하여 열전 모듈 양단의 온도차를 크게 할 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈은 발전 효율을 개선할 수 있음을 기대할 수 있다.Referring to FIGS. 8A and 8B, it can be seen that the thermoelectric module according to the embodiment of the present invention can increase the temperature difference between both ends of the thermoelectric module compared to the thermoelectric module of the comparative example not using a hygroscopic polymer. Accordingly, it can be expected that the thermoelectric module according to the embodiment of the present invention can improve power generation efficiency.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈의 출력 전압 및 출력 전력 상승의 효과를 확인할 수 있으며, 특히 구리 다공체의 경우, 성능 증가의 효과가 더 큼을 알 수 있다.Referring to FIGS. 9A and 9B, the effect of increasing the output voltage and output power of the thermoelectric module according to an embodiment of the present invention can be confirmed. In particular, in the case of a copper porous body, it can be seen that the effect of increasing performance is greater.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈의 온도차를 구리 다공체의 기공 크기에 따라 측정하여 도시한 그래프이다.10 is a graph showing a temperature difference of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention measured according to a pore size of a copper porous body.
도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈은 다양한 기공 크기에서 높은 방열 특성을 나타낼 수 있음을 알 수 있으며, 이를 통해 다양한 구조 및 크기의 방열 구조에 적용될 수 있음을 기대할 수 있다.Referring to FIG. 10, it can be seen that the thermoelectric module according to an embodiment of the present invention can exhibit high heat dissipation characteristics in various pore sizes, and through this, it can be expected that it can be applied to heat dissipation structures of various structures and sizes.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈(금속 방열판 + 고분자 흡수 수지) 및 종래의 금속 방열판의 냉각 성능을 습도에 따라 도시한 그래프이다.11 is a graph showing the cooling performance of a thermoelectric module (metal heat sink + polymer absorbent resin) and a conventional metal heat sink according to an embodiment of the present invention according to humidity.
일반적인 금속 방열판은 금속의 핀 주위의 공기층으로 열이 이동함으로서 냉각시키는 효과를 보인다. 본 발명의 방열 구조는, 공기 중의 수분을 고분자가 흡수 하여, 수분의 기화열을 추가적으로 활용하므로, 습도가 높은 환경에서 방열 성능이 크게 증가할 수 있다.Typical metal heat sinks have an effect of cooling by transferring heat to the air layer around the metal fins. In the heat dissipation structure of the present invention, since the polymer absorbs moisture in the air and additionally utilizes the heat of vaporization of moisture, the heat dissipation performance can be greatly increased in an environment with high humidity.
이상에서는 실시예들을 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 the above has been described with reference to embodiments, it is understood that those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. You can understand.
본 발명은, 소규모 발전, 각종 장치의 냉각 및 온도 제어 등을 위한 열전 모듈의 제조에 이용될 수 있다.The present invention can be used to manufacture a thermoelectric module for small-scale power generation, cooling and temperature control of various devices, and the like.
Claims (9)
상기 방열 몸체와 결합된 흡습성 고분자를 포함하는 방열 구조.Heat dissipation body; And
A heat radiation structure comprising a hygroscopic polymer combined with the heat radiation body.
상기 열전 소자의 제1 기판에 결합되는 제1항 내지 제항 중 어느 하나의 방열 구조를 포함하는 열전 모듈.A first substrate, a second substrate, a thermoelectric material portion disposed between the first substrate and the second substrate, a first electrode disposed between the first substrate and the thermoelectric material portion, and the thermoelectric material portion and the second A thermoelectric element including a second electrode disposed between the substrates; And
A thermoelectric module including a heat dissipation structure of any one of claims 1 to claim 1 coupled to the first substrate of the thermoelectric element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190093591A KR102274205B1 (en) | 2019-08-01 | 2019-08-01 | Heat-radiation structure using hygroscopic polymer and thermoelectric module having the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190093591A KR102274205B1 (en) | 2019-08-01 | 2019-08-01 | Heat-radiation structure using hygroscopic polymer and thermoelectric module having the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20210015158A true KR20210015158A (en) | 2021-02-10 |
KR102274205B1 KR102274205B1 (en) | 2021-07-08 |
Family
ID=74560949
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020190093591A KR102274205B1 (en) | 2019-08-01 | 2019-08-01 | Heat-radiation structure using hygroscopic polymer and thermoelectric module having the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102274205B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023229124A1 (en) * | 2021-06-30 | 2023-11-30 | 한국전기연구원 | Cooling-reinforced unit thermoelectric generator module and cooling-reinforced thermoelectric generator assembly comprising same |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20040081115A (en) * | 2002-01-07 | 2004-09-20 | 메르크 파텐트 게엠베하 | Use of paraffin-containing powders as phase-change materials (pcm) in polymer composites in cooling devices |
JP2012174940A (en) * | 2011-02-22 | 2012-09-10 | Fujitsu Ltd | Thermoelectric conversion module |
WO2015170502A1 (en) * | 2014-05-09 | 2015-11-12 | シャープ株式会社 | Cooler |
KR20160047843A (en) | 2014-10-23 | 2016-05-03 | 삼성전자주식회사 | Wearable device having thermoelectric generator |
KR20170139366A (en) | 2016-06-09 | 2017-12-19 | 연세대학교 산학협력단 | Flexible thermoelectric system |
KR20190025040A (en) * | 2015-07-21 | 2019-03-08 | 카오카부시키가이샤 | Heat implement and method for manufacturing same |
-
2019
- 2019-08-01 KR KR1020190093591A patent/KR102274205B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20040081115A (en) * | 2002-01-07 | 2004-09-20 | 메르크 파텐트 게엠베하 | Use of paraffin-containing powders as phase-change materials (pcm) in polymer composites in cooling devices |
JP2012174940A (en) * | 2011-02-22 | 2012-09-10 | Fujitsu Ltd | Thermoelectric conversion module |
WO2015170502A1 (en) * | 2014-05-09 | 2015-11-12 | シャープ株式会社 | Cooler |
KR20160047843A (en) | 2014-10-23 | 2016-05-03 | 삼성전자주식회사 | Wearable device having thermoelectric generator |
KR20190025040A (en) * | 2015-07-21 | 2019-03-08 | 카오카부시키가이샤 | Heat implement and method for manufacturing same |
KR20170139366A (en) | 2016-06-09 | 2017-12-19 | 연세대학교 산학협력단 | Flexible thermoelectric system |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
IShi, Yaoguang, et al. "Wearable Thermoelectric Generator With Copper Foam as the Heat Sink for Body Heat Harvesting." IEEE Access 6 (2018): 43602-43611. |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023229124A1 (en) * | 2021-06-30 | 2023-11-30 | 한국전기연구원 | Cooling-reinforced unit thermoelectric generator module and cooling-reinforced thermoelectric generator assembly comprising same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102274205B1 (en) | 2021-07-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20150162517A1 (en) | Voltage generation across temperature differentials through a flexible thin film thermoelectric device | |
US11024788B2 (en) | Flexible thermoelectric generator and method for fabricating the same | |
JP2003174203A (en) | Thermoelectric conversion device | |
JP5831019B2 (en) | Thermoelectric conversion module | |
CN101587934A (en) | Diaphragm type thermoelectric converting component and manufacturing method thereof | |
KR20150116187A (en) | Stretchable Thermoelectric Module | |
Liang et al. | Structural design for wearable self-powered thermoelectric modules with efficient temperature difference utilization and high normalized maximum power density | |
JP2021512488A (en) | Thermoelectric module | |
KR20180086941A (en) | A portable cooling fan comprising thermoelectric elecment | |
US20180090660A1 (en) | Flexible thin-film based thermoelectric device with sputter deposited layer of n-type and p-type thermoelectric legs | |
KR102274205B1 (en) | Heat-radiation structure using hygroscopic polymer and thermoelectric module having the same | |
US10566515B2 (en) | Extended area of sputter deposited N-type and P-type thermoelectric legs in a flexible thin-film based thermoelectric device | |
CN103545440B (en) | Thermoelectric conversion structure and heat dissipation structure using same | |
KR101824695B1 (en) | Heat sink structure for energy harvest | |
US9202771B2 (en) | Semiconductor chip structure | |
US20220320406A1 (en) | Thermoelectric device | |
KR20180029409A (en) | Thermoelectric element | |
KR20180087564A (en) | Air conditione | |
US20180287038A1 (en) | Thermoelectric conversion device | |
US20200006614A1 (en) | Thermoelectric conversion device | |
KR102429795B1 (en) | Thermoelectric elemetn and manufacturing method of the same | |
Narducci et al. | Solar thermoelectric generators | |
US20220320405A1 (en) | Thermoelectric device | |
US10367131B2 (en) | Extended area of sputter deposited n-type and p-type thermoelectric legs in a flexible thin-film based thermoelectric device | |
JP2013084874A (en) | Thermoelectric module |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right |