KR20210074057A - 열전소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 열전소자는, 도전성의 제1 기판; 상기 제1 기판 상에 형성되는 절연성의 제1 절연수지층; 상기 제1 절연수지층 상에 배치되는 도전성의 복수의 제1 전극; 상기 복수의 제1 전극 상에 배치되는 복수의 열전펠렛; 상기 복수의 열전펠렛 상에 배치되어, 상기 복수의 제1 전극과 함께 상기 복수의 열전펠렛을 직렬로 연결하는, 도전성의 복수의 제2 전극; 상기 복수의 제2 전극 상에 각각 배치되는 절연성의 복수의 제2 절연수지층; 상기 복수의 제2 절연수지층 상에 배치되고, 열원에 접촉하는 도전성의 제2 기판; 및 상기 제2 절연수지층과 상기 제2 기판의 사이 또는 상기 제2 절연수지층과 상기 제2 전극의 사이에 배치되는 추가절연층을 포함한다.
Description
본 발명은 열전소자에 관한 것이다.
열전 현상(thermoelectric effect)은 열과 전기 사이의 가역적인 직접적인 에너지 변환을 의미한다. 이는 재료 내부의 전자(electron)와 정공(hole)의 이동에 의해 발생하는 현상으로, 외부로부터 인가된 전류에 의해 형성된 양단의 온도차를 이용하여 냉각분야에 응용하는 펠티어 효과(Peltier effect)와 재료 양단의 온도차로부터 발생하는 기전력을 이용하여 발전분야에 응용하는 제벡효과(Seebeck effect)로 구분된다.
최근 에너지 관련 자원의 원가가 급등하고 환경오염이 심해지는 등의 문제를 해결하기 위하여 열전소자(thermoelectric device)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이들은 폐열발전 등의 열전발전이나 능동 냉각에 적용되고 있다.
이러한 열전소자에서 뼈대가 되는 기판과 각 전극을 연결하기 위해, 접합하는 성질을 가지는 소재를 적층하여 이용할 수 있다. 특히 MCCL(Metal Copper Clad Laminate) 기판을 사용하는 경우, 금속성의 기판을 전극과 접합시키는 층이 존재하는데, 고온이 발생하는 영역에서는 이러한 층이 도전성을 가져, 서로 인접한 전극들이 단락될 수 있다는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 고온부에서의 단락현상을 저감한 열전소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 열전소자는, 도전성의 제1 기판; 상기 제1 기판 상에 형성되는 절연성의 제1 절연수지층; 상기 제1 절연수지층 상에 배치되는 도전성의 복수의 제1 전극; 상기 복수의 제1 전극 상에 배치되는 복수의 열전펠렛; 상기 복수의 열전펠렛 상에 배치되어, 상기 복수의 제1 전극과 함께 상기 복수의 열전펠렛을 직렬로 연결하는, 도전성의 복수의 제2 전극; 상기 복수의 제2 전극 상에 각각 배치되는 절연성의 복수의 제2 절연수지층; 상기 복수의 제2 절연수지층 상에 배치되고, 열원에 접촉하는 도전성의 제2 기판; 및 상기 제2 절연수지층과 상기 제2 기판의 사이 또는 상기 제2 절연수지층과 상기 제2 전극의 사이에 배치되는 추가절연층을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 열전소자는, 도전성의 제1 기판; 상기 제1 기판 상에 형성되는 절연성의 제1 절연수지층; 상기 제1 절연수지층 상에 배치되는 도전성의 복수의 제1 전극; 상기 복수의 제1 전극 상에 배치되는 복수의 열전펠렛; 상기 복수의 열전펠렛 상에 배치되어, 상기 복수의 제1 전극과 함께 상기 복수의 열전펠렛을 직렬로 연결하는, 도전성의 복수의 제2 전극; 상기 복수의 제2 전극 상에 배치되는 절연성의 제2 절연수지층; 상기 제2 절연수지층 상에 배치되고, 열원에 접촉하는 도전성의 제2 기판; 및 상기 제2 절연수지층과 상기 제2 전극의 사이에 배치되는 추가절연층을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 열전소자는, 도전성의 제1 기판; 상기 제1 기판 상에 형성되는 절연성의 제1 절연수지층; 상기 제1 절연수지층 상에 배치되는 도전성의 복수의 제1 전극; 상기 복수의 제1 전극 상에 배치되는 복수의 열전펠렛; 상기 복수의 열전펠렛 상에 배치되어, 상기 복수의 제1 전극과 함께 상기 복수의 열전펠렛을 직렬로 연결하는, 도전성의 복수의 제2 전극; 상기 복수의 제2 전극 상에 각각 배치되는 절연성의 복수의 제2 절연수지층; 및 상기 복수의 제2 절연수지층 상에 각각 배치되고, 열원에 접촉하는 도전성의 복수의 제2 기판을 포함한다.
이에 따라, 고온부에서의 단락 현상이 저감된 열전소자를 얻을 수 있다.
기본 전류의 경로를 최소화해 열전소자의 효율을 상승시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전소자의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전소자의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전소자에서 전류의 흐름을 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전소자에서 전류의 흐름을 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 열전소자의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 열전소자의 개념도이다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 열전소자의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전소자의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전소자에서 전류의 흐름을 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전소자에서 전류의 흐름을 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 열전소자의 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 열전소자의 개념도이다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 열전소자의 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 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전소자(1)의 개념도이다. 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전소자(2)의 개념도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예와 제2 실시예에 따른 열전소자(1, 2)는 제1 기판(10), 제2 기판(70), 제1 절연수지층(20), 제1 전극(30), 제2 전극(50), 열전펠렛(40) 및 제2 절연수지층(60)을 포함하고, 추가절연층(81, 82)을 포함할 수 있다.
제1 기판(10)과 제2 기판(70)은 도전성의 기판(substrate)으로, 열전소자(1, 2)에 전원이 인가될 때 발열 또는 흡열 반응을 일으킬 수 있다. 제1 기판(10)과 제2 기판(70)은 MCCL 기판일 수 있다. 따라서 제1 기판(10)과 제2 기판(70)은 당 분야에 공지된 통상의 도전성 금속 재질로 구성될 수 있다. 일례로, 제1 기판(10)은 알루미늄(Al)을 주성분으로 하며, 철(Fe), 구리(Cu), 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 기판(10)은 단일체로 형성될 수 있으나, 제1 실시예 및 제2 실시예에서 제2 기판(70)은 복수 개 배치될 수 있다. 제2 기판(70)은 후술할 제2 전극(50)에 대응되는 수로 형성되어, 각각 제2 전극(50)에 안착될 수 있다.
제1 기판(10) 상에는 제1 절연수지층(20)이 형성될 수 있고, 제2 기판(70)은 제2 절연수지층(60) 상에 배치될 수 있다. 또한 제2 기판(70)은 열원(H)과 접촉할 수 있다. 따라서 제2 기판(70)측이 고온부가 될 수 있다.
제1 절연수지층(20)과 제2 절연수지층(60)은 절연성을 가질 수 있다. 각 절연수지층은 절연성의 수지로 이루어지되, 내열성을 가질 수 있다. 또한 이러한 성질을 가지기 위해, 각 절연수지층은 금속 또는 금속 산화물이 첨가된 에폭시 수지일 수 있다. 여기서 첨가되는 금속은 알루미늄일 수 있고, 금속 산화물은 알루미늄 산화물일 수 있다.
이러한 에폭시 수지는 당 분야에 공지된 통상적인 에폭시 수지를 제한 없이 사용할 수 있으며, 1분자 내에 할로겐 원소를 비포함하면서, 에폭시기가 2개 이상 존재하는 것이 바람직하다. 사용 가능한 에폭시 수지의 비제한적인 예를 들면, 비스페놀A형/F형/S형 수지, 페놀 노볼락 에폭시 수지, 다가 페놀형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지, 알킬페놀 노볼락형 에폭시, 바이페닐형, 아랄킬(Aralkyl)형, 나프톨(Naphthol)형, 디시클로펜타디엔형 또는 이들의 혼합 형태 등이 있다. 보다 구체적인 예를 들면, 비스페놀A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 S형 에폭시 수지, 나프탈렌형 에폭시 수지, 안트라센 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 테트라메틸 비페닐형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 A 노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 S 노볼락형 에폭시 수지, 비페닐 노볼락형 에폭시 수지, 나프톨 노볼락형 에폭시 수지, 나프톨 페놀 공축 노볼락형 에폭시 수지, 나프톨 코레졸 공축 노볼락형 에폭시 수지, 방향족 탄화수소 포름알데히드 수지, 변성 페놀 수지형 에폭시 수지, 트리페닐 메탄형 에폭시 수지, 테트라 페닐에탄형 에폭시 수지, 디시클로펜타디엔 페놀 부가반응형 에폭시 수지, 페놀 아랄킬형 에폭시 수지, 다관능성 페놀 수지, 나프톨 아랄킬형 에폭시 수지 등이 있다. 이때 전술한 에폭시 수지를 단독 사용하거나 또는 2종 이상 혼용할 수도 있다. 바람직한 일 례를 들면, 상기 고내열성 에폭시 수지는, 페놀 노볼락 에폭시 수지 및 다가 페놀형 에폭시 수지 중에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 것이다. 여기서, 다가 페놀형 에폭시 수지는 분자 내 평균 에폭시기 수가 2개 이상, 바람직하게는 2~4개인 에폭시 수지를 지칭한다.
제1 절연수지층(20)은 제1 기판(10)과 같이 단일체로 형성될 수 있으나, 제1 실시예 및 제2 실시예에서 제2 절연수지층(60)은 제2 기판(70)과 같이 복수 개로 구성되어, 각각의 제2 기판(70) 하에 배치될 수 있고, 후술할 복수의 제2 전극(50) 상에 각각 배치될 수 있다.
복수의 제1 전극(30)은 도전성의 구성요소로, 제1 절연수지층(20) 상에 배치된다. 복수의 제2 전극(50)은 도전성의 구성요소로, 후술할 복수의 열전펠렛(40) 상에 각각 배치되고, 그 위에 제2 절연 수지층이 직접 또는 간접적으로 안착될 수 있다.
제1 전극(30)과 제2 전극(50)의 재질은 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에서 전극으로 사용되는 재질을 제한없이 사용할 수 있다. 일례로, 제1 전극(30)과 제2 전극(50)은 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 알루미늄(Al), 아연(Zn), 구리(Cu), 니켈(Ni) 중 적어도 하나의 금속을 사용할 수 있다. 그 외, 니켈, 금, 은, 티타늄 등을 더 포함할 수 있다. 그 크기 또한 다양하게 조절할 수 있다.
제1 전극(30)과 제2 전극(50)은 소정의 형상으로 패턴화될 수 있으며, 그 형상은 특별히 제한되지 않는다. 인접한 제1 전극(30)끼리는 서로 소정의 간격만큼 이격되어 직접적으로 접촉하지 않고, 인접한 제2 전극(50)끼리는 서로 소정의 간격만큼 이격되어 직접적으로 접촉하지 않는다. 다만 제1 전극(30) 상에 열전펠렛(40)이, 열전펠렛(40) 상에 제2 전극(50)이 배치되는 방식으로 연결되어, 복수의 제1 전극(30), 복수의 열전펠렛(40) 및 복수의 제2 전극(50)이 직렬로 연결될 수 있다.
열전펠렛(40)은 복수의 P형 열전펠렛(42)과 N형 열전펠렛(41)을 각각 포함하며, 이러한 복수의 쌍을 이루는 N형과 P형의 열전펠렛(40)들이 일방향으로 교번하여 배치된다. 이와 같이 일방향으로 이웃하는 P형 열전펠렛(42) 및 N형 열전펠렛(41)는 그 상면 및 하면이 각각 제1 전극(30) 및 제2 전극(50)과 전기적으로 직렬 연결된다. 이때 전기적으로 연결되는 한쌍의 P형 열전펠렛(42)과 N형 열전펠렛(41)은 단위 셀을 형성할 수 있다. 이러한 각각의 열전펠렛(40)는 열전반도체 기재를 포함한다.
열전펠렛(40)에 포함되는 열전반도체는 전기가 인가되면 양단에 온도차가 발생하거나, 또는 그 양단에 온도차가 발생하면 전기가 발생하는 당 업계의 통상적인 재료로 형성될 수 있다. 일례로, 전이금속, 희토류 원소, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소 및 16족 원소로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는 열전반도체를 하나 이상 사용할 수 있다. 여기서, 희토류 원소의 예로는 Y, Ce, La 등이 있으며, 상기 전이금속의 예로는 Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, 및 Re 중 하나 이상일 수 있으며, 상기 13족 원소의 예로는 B, Al, Ga, 및 In 중 하나 이상일 수 있으며, 상기 14족 원소의 예로는 C, Si, Ge, Sn, 및 Pb 중 하나 이상일 수 있으며, 상기 15족 원소의 예로는 P, As, Sb, 및 Bi 중 하나 이상일 수 있고, 상기 16족 원소의 예로는 S, Se, 및 Te 중 하나 이상을 사용할 수 있다. 사용 가능한 열전 반도체로는 비스무트(Bi), 텔레륨(Te), 코발트(Co), 사마륨(Sb), 인듐(In), 및 세륨(Ce) 중 적어도 2개 이상을 포함하는 조성으로 이루어진 질 수 있으며, 이의 비제한적인 예로는, Bi-Te계, Co-Sb계, Pb-Te계, Ge-Tb계, Si-Ge계, Sb-Te계, Sm-Co계, 전이금속 규화물계, 스쿠테르다이트(Skuttrudite)계, 규화물(Silicide)계, 하프휘슬러(Hafl heusler) 또는 이들의 조합 등이 있다. 구체적인 일례를 들면, Bi-Te계 열전반도체로는 Sb 및 Se가 도펀트로서 사용된 (Bi,Sb)2(Te,Se)3계 열전반도체를 예시할 수 있으며, Co-Sb계 열전반도체로서는 CoSb3계 열전반도체를 예시할 수 있으며, Sb-Te계 열전반도체로서는 AgSbTe2, CuSbTe2를 예시할 수 있고, Pb-Te계 열전반도체로서는 PbTe, (PbTe)mAgSbTe2 등을 예시할 수 있다. 상기 열전반도체는 소정 크기를 갖는 입자일 수 있으며, 예를 들어 평균 입경이 약 0.01 내지 약 100 ㎛의 범위일 수 있다.
이와 같은 열전 반도체는 다양한 방법으로 제조될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 일례로, 상기 열전 반도체는 용융방사 회전법(melt-spining)이나 기상원자화법(gas atomization) 등을 수행한 후 가압소결법을 순차적으로 진행하여 제조될 수 있다. 이러한 P형 열전펠렛(42) 및 N형 열전펠렛(41)을 포함하는 열전펠렛(40)은 절단 가공 등의 방법으로 소정의 형상, 일례로 직육면체의 형상으로 형성되어 적용될 수 있다
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 추가절연층(81)은 제2 절연수지층(60)과 제2 기판(70)의 사이에 배치될 수 있다. 또한 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 추가절연층(82)은 제2 절연수지층(60)과 제2 전극(50)의 사이에 배치될 수 있다. 제1 실시예에 따르면, 이러한 추가절연층(81)은 제2 기판(70)의 상측에도 더 배치될 수 있다.
추가절연층(81)은 고온에서도 절연성이 현저히 감소하지 않는 소재로 형성될 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 추가절연층(81)은 제2 기판(70)의 외측면을 산화시킴으로써 얻어지는 산화층일 수 있다. 또한 제2 실시예에 따르면, 추가절연층(82)은 제2 절연수지층(60)을 바라보는 제2 전극(50)의 일면을 산화시킴으로써 형성되는 산화층이거나, 해당 일면에 알루미늄 산화물 및 실리콘 질화물 중 적어도 하나를 코팅함으로써 형성되는 코팅층일 수 있고, 절연성의 필름층일 수 있다.
본 발명의 제1 실시예와 제2 실시예에 따르면, 열전소자(1, 2)의 제2 절연수지층(60), 제2 기판(70) 및 추가절연층(81, 82)은, 복수의 제2 전극(50)과 동일한 개수로 구성되어, 복수의 제2 전극(50) 상에 각각 배치될 수 있다. 따라서 복수의 제2 전극(50)이 서로 이격되도록 배치된 것과 같이, 각각의 제2 절연수지층(60), 추가절연층(81, 82) 및 제2 기판(70)은 서로 이격되도록 배치되어, 직접적으로 접촉하여 통전되는 일이 발생하지 않을 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열전소자(1)에서 전류의 흐름을 나타낸 개념도이다.
도 3은 상술한 것과 같이 각 구성요소들이 배치됨에 따라 얻을 수 있는 전류의 흐름을 도시한 것이다. 제1 전극(30) 및 제2 전극(50)은 전력 공급원에 전기적으로 연결될 수 있다. 외부에서 DC 전압을 인가했을 때 기본 전류(C1)가 흐르기 시작하고, P형 열전펠렛(42)의 정공과 N형 열전펠렛(41)의 전자가 이동함으로써 열전펠렛(40) 양단에서 발열과 흡열이 일어날 수 있다.
또한 본 발명에 따른 열전소자(1)의 일 구현예에서, 제1 전극(30) 및 제2 전극(50) 중 적어도 하나는 열원(H)에 노출될 수 있다. 외부 열원(H)에 의하여 열을 공급받으면 전자와 정공이 이동하면서 열전소자(1)에 전류의 흐름이 생겨 발전(發電)을 일으킬 수 있다.
제1 실시예와 제2 실시예에서는 기본적으로 복수의 제2 전극(50)들이 서로 이격되어 배치되고, 제2 전극(50)을 따라 제2 절연수지층(60)과 제2 기판(70)이 각각 이격되어 배치된다. 따라서 인접한 제2 기판(70)들이 도전성의 물체에 접촉하지 않는 이상, 인접한 구성요소들이 서로 직접 접촉하지 않는 물리적 구조 때문에 단락이 일어나지 않을 수 있다.
제1 실시예에서는 제2 기판(70)과 제2 절연수지층(60) 사이에 추가절연층(81)이 배치될 수 있다. 제2 기판(70)이 열원(H)과 접촉하여 제2 기판(70)측이 고온부이므로, 제2 절연수지층(60)의 절연성이 약화되어, 제2 전극(50)으로 전달된 기본 전류(C1)가 일부 제2 절연수지층(60)을 통해 흐를 수 있다. 그러나 추가절연층(81)이 배치되어, 제2 절연수지층(60)으로부터 제2 기판(70)으로 기본 전류(C1)가 넘어가는 것이 차단되고, 단락 없이 올바른 경로를 따라 기본 전류(C1)가 흐를 수 있다.
한편 열원(H)의 누설 전류(L)는 가장 외측의 추가절연층(81)에 의해 제2 기판(70)에 전달되지 못하거나, 제2 기판(70)과 제2 절연수지층(60) 사이의 추가절연층(81)에 의해 제2 전극(50)으로는 전달되지 못해, 열전소자(1)의 작동에 영향을 미치지 못할 수 있다.
따라서 추가절연층(81)이 배치됨에 따라, 열전소자(1)에서 단락현상이 방지되어, 고온부에서 문제가 발생함이 없이 열전소자(1)가 원활하게 작동할 수 있다. 또한 제2 기판(70), 제2 절연수지층(60), 추가절연층(81) 및 제2 전극(50)이 서로 분리되어, 열팽창시 각 소재의 열팽창계수가 달라 발생하는 파손이 방지될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열전소자(2)에서 전류의 흐름을 나타낸 개념도이다.
제2 실시예에서는 제2 절연수지층(60)과 제2 전극(50) 사이에 추가절연층(82)이 배치될 수 있다. 따라서 제2 절연수지층(60)의 절연성이 약화됨과 무관하게, 추가절연층(82)에 의해서 기본 전류(C2)가 제2 전극(50)을 통해 제2 절연수지층(60)이나 제2 기판(70)으로 전달되지 않고, 단락 없이 올바른 경로를 따라 흐를 수 있다. 또한 누설 전류(L) 역시 추가절연층(82)에 의해 제2 전극(50)으로 전달됨이 없어, 열전소자(2)의 작동에 영향을 미치지 못할 수 있다. 또한 제2 기판(70), 제2 절연수지층(60), 추가절연층(82) 및 제2 전극(50)이 서로 분리되어, 열팽창시 각 소재의 열팽창계수가 달라 발생하는 파손이 방지될 수 있다.
또한 제2 실시예에 따른 열전소자(2)를 이용할 경우, 전극과 열전펠렛(40)만을 이용한 기본 전류(C2)의 최소화된 경로가 형성되어, 열전소자(2)의 효율이 상승될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 열전소자(3)의 개념도이다. 도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 열전소자(4)의 개념도이다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 열전소자(3)는, 제1 실시예와 비교했을 때 제2 기판(71)과 추가절연층(83)의 형태에 대해서만 차이를 가지고, 제4 실시예에 따른 열전소자(4)는, 제2 실시예와 비교했을 때 제2 기판(71)의 형태에 대해서만 차이를 가진다. 따라서 차이가 있는 부분에 대해서만 추가로 설명한다.
제3 실시예와 제4 실시예에 따른 열전소자(3, 4)는, 제1 기판(10)과 동일하게 단일체로 형성된 제2 기판(71)을 가진다. 따라서 제2 기판(71)에 기본 전류가 도달할 경우 단락이 일어날 수 있다.
단락을 방지하기 위해, 제3 실시예에서는 열전소자(3)가 제2 기판(71)과 제2 절연수지층(60) 사이에 추가절연층(83)을 가진다. 이러한 추가절연층(83)은 단일체로 형성될 수 있다. 제4 실시예에서는 열전소자(4)가 제2 절연수지층(60)과 제2 전극(50) 사이에 추가절연층(82)을 가진다. 따라서 추가절연층(82, 83)에 의해 제2 기판(70)으로 기본 전류가 전달되는 것이 차단되어, 고온에 의해 제2 절연수지층(60)의 절연성이 약화되어도 단락이 일어나지 않고 원활하게 열전소자(3, 4)의 작동이 이루어질 수 있다.
제3 실시예의 추가절연층(83)은 제2 기판(71)이 가지는 경계에 형성되므로, 제1 실시예의 추가절연층(도 1의 81)과 동일한 방식으로 형성될 수 있다. 또한 제4 실시예의 추가절연층(82)은 제2 전극(50)과 제2 절연수지층(60)이 가지는 경계에 형성되므로, 제2 실시예의 추가절연층(도 2의 82)과 동일한 방식으로 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 열전소자(5)의 개념도이다.
본 발명의 제5 실시에에 따른 열전소자(5)는, 제4 실시예와 비교했을 때 제2 절연수지층(61)과 추가절연층(85)의 형태에 대해서만 차이를 가지므로, 차이가 있는 부분에 대해서만 추가로 설명한다.
제5 실시예에 따른 열전소자(5)는, 제1 절연수지층(20)과 동일하게 단일체로 형성된 제2 절연수지층(61)을 가진다. 따라서 제2 절연수지층(61)에 기본 전류가 도달할 경우 단락이 일어날 수 있다.
단락을 방지하기 위해, 제5 실시예에서는 열전소자(5)가 제2 절연수지층(61)과 제2 전극(50) 사이에 추가절연층(85)을 가진다. 이러한 추가절연층(85)은 제2 절연수지층(61)과 마찬가지로 단일체로 형성될 수 있다. 이에 따라, 추가절연층(85)에 의해 제2 절연수지층(61)으로 기본 전류가 전달되는 것이 차단되어, 고온에 의해 제2 절연수지층(61)의 절연성이 약화되어도 단락이 일어나지 않고 원활하게 열전소자(5)의 작동이 이루어질 수 있다.
제5 실시예의 추가절연층(85)은 제2 전극(50)과 제2 절연수지층(60)이 가지는 경계에 형성되므로, 제2 실시예의 추가절연층(도 2의 82)과 동일한 방식으로 형성될 수 있다
각 실시예에서 추가절연층(81, 82, 83, 85)이 일 경계에 배치되는 것으로 설명되었으나, 추가절연층(81, 82, 83, 85)은 도면에서 도시되지 않은 위치에도 더 배치되어, 절연 성능을 강화할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1, 2, 3, 4, 5 : 열전소자
10 : 제1 기판
20 : 제1 절연수지층
30 : 제1 전극
40 : 열전펠렛
41 : N형 열전펠렛
42 : P형 열전펠렛
50 : 제2 전극
60, 61 : 제2 절연수지층
70, 71 : 제2 기판
81, 82, 83, 85 : 추가절연층
C1, C2 : 기본 전류
L : 누설 전류
H : 열원
10 : 제1 기판
20 : 제1 절연수지층
30 : 제1 전극
40 : 열전펠렛
41 : N형 열전펠렛
42 : P형 열전펠렛
50 : 제2 전극
60, 61 : 제2 절연수지층
70, 71 : 제2 기판
81, 82, 83, 85 : 추가절연층
C1, C2 : 기본 전류
L : 누설 전류
H : 열원
Claims (9)
- 도전성의 제1 기판;
상기 제1 기판 상에 형성되는 절연성의 제1 절연수지층;
상기 제1 절연수지층 상에 배치되는 도전성의 복수의 제1 전극;
상기 복수의 제1 전극 상에 배치되는 복수의 열전펠렛;
상기 복수의 열전펠렛 상에 배치되어, 상기 복수의 제1 전극과 함께 상기 복수의 열전펠렛을 직렬로 연결하는, 도전성의 복수의 제2 전극;
상기 복수의 제2 전극 상에 각각 배치되는 절연성의 복수의 제2 절연수지층;
상기 복수의 제2 절연수지층 상에 배치되고, 열원에 접촉하는 도전성의 제2 기판; 및
상기 제2 절연수지층과 상기 제2 기판의 사이 또는 상기 제2 절연수지층과 상기 제2 전극의 사이에 배치되는 추가절연층을 포함하는, 열전소자. - 제1항에 있어서,
상기 추가절연층은, 상기 제2 기판의 외측면을 산화시킴으로써, 상기 제2 기판과 상기 제2 절연수지층 사이에 형성되는 산화층인, 열전소자. - 제1항에 있어서,
상기 추가절연층은, 상기 제2 절연수지층을 바라보는 상기 제2 전극의 일면을 산화시킴으로써, 상기 제2 전극과 상기 제2 절연수지층 사이에 형성되는 산화층인, 열전소자. - 제1항에 있어서,
상기 추가절연층은, 상기 제2 절연수지층을 바라보는 상기 제2 전극의 일면에 알루미늄 산화물 및 실리콘 질화물 중 적어도 하나를 코팅함으로써, 상기 제2 전극과 상기 제2 절연수지층 사이에 형성되는 코팅층인, 열전소자. - 제1항에 있어서,
상기 추가절연층은, 상기 제2 전극과 상기 제2 절연수지층 사이에 배치되는 절연성의 필름층인, 열전소자. - 제1항에 있어서,
상기 제2 기판은, 복수로 구성되어, 상기 복수의 제2 절연수지층 상에 각각 배치되는, 열전소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1 절연수지층 및 상기 제2 절연수지층은, 알루미늄 산화물이 첨가된 에폭시 수지를 포함하는, 열전소자. - 도전성의 제1 기판;
상기 제1 기판 상에 형성되는 절연성의 제1 절연수지층;
상기 제1 절연수지층 상에 배치되는 도전성의 복수의 제1 전극;
상기 복수의 제1 전극 상에 배치되는 복수의 열전펠렛;
상기 복수의 열전펠렛 상에 배치되어, 상기 복수의 제1 전극과 함께 상기 복수의 열전펠렛을 직렬로 연결하는, 도전성의 복수의 제2 전극;
상기 복수의 제2 전극 상에 배치되는 절연성의 제2 절연수지층;
상기 제2 절연수지층 상에 배치되고, 열원에 접촉하는 도전성의 제2 기판; 및
상기 제2 절연수지층과 상기 제2 전극의 사이에 배치되는 추가절연층을 포함하는, 열전소자. - 도전성의 제1 기판;
상기 제1 기판 상에 형성되는 절연성의 제1 절연수지층;
상기 제1 절연수지층 상에 배치되는 도전성의 복수의 제1 전극;
상기 복수의 제1 전극 상에 배치되는 복수의 열전펠렛;
상기 복수의 열전펠렛 상에 배치되어, 상기 복수의 제1 전극과 함께 상기 복수의 열전펠렛을 직렬로 연결하는, 도전성의 복수의 제2 전극;
상기 복수의 제2 전극 상에 각각 배치되는 절연성의 복수의 제2 절연수지층; 및
상기 복수의 제2 절연수지층 상에 각각 배치되고, 열원에 접촉하는 도전성의 복수의 제2 기판을 포함하는, 열전소자.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190165040A KR20210074057A (ko) | 2019-12-11 | 2019-12-11 | 열전소자 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190165040A KR20210074057A (ko) | 2019-12-11 | 2019-12-11 | 열전소자 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210074057A true KR20210074057A (ko) | 2021-06-21 |
Family
ID=76599954
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020190165040A KR20210074057A (ko) | 2019-12-11 | 2019-12-11 | 열전소자 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20210074057A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2811638C1 (ru) * | 2023-05-12 | 2024-01-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вологодский государственный университет" | Термоэлектрогенератор на основе эффекта Зеебека |
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2019
- 2019-12-11 KR KR1020190165040A patent/KR20210074057A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2811638C1 (ru) * | 2023-05-12 | 2024-01-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вологодский государственный университет" | Термоэлектрогенератор на основе эффекта Зеебека |
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