KR20210147631A - 열전 모듈 - Google Patents

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KR20210147631A
KR20210147631A KR1020200065142A KR20200065142A KR20210147631A KR 20210147631 A KR20210147631 A KR 20210147631A KR 1020200065142 A KR1020200065142 A KR 1020200065142A KR 20200065142 A KR20200065142 A KR 20200065142A KR 20210147631 A KR20210147631 A KR 20210147631A
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thermoelectric material
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thermoelectric
heat
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이민재
고동주
강서하
송재현
이현섭
김병욱
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

본 발명은 열전 모듈에 관한 것으로, 제1방향을 따라 배치되는 제1단위 열전소재를 포함하는 제1열전소재유닛, 및 제1방향과 교차하는 제2방향을 따라 배치되는 제2단위 열전소재를 포함하며 제1열전소재유닛과 전기적으로 연결되는 제2열전소재유닛을 포함하는 것에 의하여, 열방출 성능을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

Description

열전 모듈{THERMOELECTRIC MODULE}
본 발명은 열전 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로 열방출 성능을 향상시키고 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 열전 모듈에 관한 것이다.
열전소자는 열에너지와 전기에너지를 변환하는 소자로서, 열전 모듈, 펠티어소자, TEC(Thermoelectric Cooler) 등의 용어로도 불리고 있으며, 서로 다른 도체로 이루어진 회로의 양단에 전류를 흐르게 하면 한쪽은 가열되고 다른 한쪽은 냉각되는 펠티어 효과(Peltier Effect)를 이용하여 냉각 또는 가열수단으로 널리 사용되고 있다.
일반적으로 열전 모듈은 기판 상에 복수개의 열전소재(예를 들어, P형 열전소재 및 N형 열전소재)를 직렬(직렬 회로)로 연결하여 제작되며, 열 손실이 적고 빠른 온도 제어가 가능한 이점이 있다.
그러나, 기존 열전 모듈은 복수개의 열전소재가 특정 일방향(예를 들어, 수직 방향 또는 수평 방향)으로 배치됨에 따라, 열전소재에서 열이 이동하는 경로(열이동경로) 역시, 특정 일방향을 따라서만 정의될 수 있으므로, 열전 모듈의 열 방출 성능을 일정 이상 향상시키기 어려운 문제점이 있다.
또한, 기존에는 열전 모듈의 열전소재가 특정 일방향으로만 배치됨에 따라, 열전 모듈의 장착 자세 및 위치에 제약이 따르는 문제점이 있으며, 피대상체(예를 들어, 배터리 셀)의 특성(예를 들어, 구조 및 형태)에 대응하여 피대상체의 냉각 효율을 극대화할 수 있는 자세 및 위치에 열전 모듈을 장착하기 어려운 문제점이 있다.
이에 따라, 최근에는 열전 모듈의 열 방출 성능을 보장하면서, 피대상체의 특성에 대응하여 열전 모듈을 자유롭게 장착하기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는 열 방출 성능을 향상시킬 수 있는 열전 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명의 실시예는 서로 다른 두가지 이상의 방향으로 열을 이동시켜 방출할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 열전 모듈의 배치 자유도를 높이고, 설계자유도 및 공간활용성을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 피대상체의 냉각 효율을 높이고, 안정성 및 신뢰성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
실시예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 열전 모듈은, 제1방향을 따라 배치되는 제1단위 열전소재를 포함하는 제1열전소재유닛, 및 제1방향과 교차하는 제2방향을 따라 배치되는 제2단위 열전소재를 포함하며 제1열전소재유닛과 전기적으로 연결되는 제2열전소재유닛을 포함한다.
이는, 열전 모듈의 열방출 성능을 향상시키고 안정성 및 신뢰성을 향상시키기 위함이다.
즉, 기존 열전 모듈은 열전소재가 특정 일방향(예를 들어, 수직 방향 또는 수평 방향)으로 배치됨에 따라, 열전소재에서 열이 이동하는 경로(열이동경로) 역시, 특정 일방향을 따라서만 정의될 수 있으므로, 열전 모듈의 열 방출 성능을 일정 이상 향상시키기 어려운 문제점이 있으며, 피대상체의 특성(예를 들어, 구조 및 형태)에 대응하여 피대상체의 냉각 효율을 극대화할 수 있는 자세 및 위치에 열전 모듈을 장착하기 어려운 문제점이 있다.
하지만, 본 발명의 실시예는 제1단위 열전소재 및 제2단위 열전소재가 서로 교차하는 방향을 따라 배치되도록 하는 것에 의하여, 서로 다른 두가지 이상의 방향으로 열을 이동시킬 수 있으므로, 열전 모듈의 열 방출 성능을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 본 발명의 실시예는 제1단위 열전소재 및 제2단위 열전소재가 서로 교차하는 방향을 따라 배치되도록 하는 것에 의하여, 설계자유도 및 공간활용성을 향상시킬 수 있으며, 피대상체의 구조 및 형태와 같은 특성에 제한되지 않고 열전 모듈을 용이하게 장착할 수 있다.
무엇보다도 본 발명은 열전 모듈의 배치자유도를 향상시킬 수 있으므로, 피대상체에서 상대적으로 열이 많이 발생하는 부위를 집중적으로 냉각시킬 수 있는 최적의 위치 및 자세로 열전 모듈을 장착하는 것이 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1열전소재유닛에는 제1단위 열전소재를 따라 제1열이동경로가 정의되고, 제2열전소재유닛에는 제2단위 열전소재를 따라 제2열이동경로가 정의되며, 제1열이동경로와 제2열이동경로는 직렬로 연결된다.
제1열이동경로는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 형태로 정의될 수 있다. 일 예로, 제1열이동경로는 직선 형태 또는 곡선 형태로 정의될 수 있다.
제2열이동경로는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 형태로 정의될 수 있다. 일 예로, 제2열이동경로는 직선 형태 또는 곡선 형태로 정의될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1열이동경로는 수직 방향을 따라 정의되고, 제2열이동경로는 수직 방향에 수직한 수평 방향을 따라 정의될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1단위 열전소재는 제1방향을 따라 배치되는 제1N형 열전소재와 제1P형 열전소재 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 예로, 제1열전소재유닛은, 제1기판, 제1기판에 마련되는 제1N형 열전소재, 제1N형 열전소재와 이격되며 제1기판에 마련되는 제1P형 열전소재, 제1N형 열전소재의 일단 및 제1P형 열전소재의 일단에 각각 개별적으로 연결되는 제1전극, 및 제1N형 열전소재의 다른 일단과 제1P형 열전소재의 다른 일단을 전기적으로 연결하는 제2전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제2단위 열전소재는 제1방향을 따라 배치되는 제2N형 열전소재와 제2P형 열전소재 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 예로, 제2열전소재유닛은, 제2기판, 제2기판에 마련되는 제2N형 열전소재, 제2N형 열전소재와 이격되며 제2기판에 마련되는 제2P형 열전소재, 제2N형 열전소재의 일단 및 제2P형 열전소재의 일단에 각각 개별적으로 연결되는 제3전극, 및 제2N형 열전소재의 다른 일단과 제2P형 열전소재의 다른 일단을 전기적으로 연결하는 제4전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제2방향과 교차하는 제3방향을 따라 배치되는 제3단위 열전소재를 포함하며, 제2열전소재유닛과 전기적으로 연결되는 제3열전소재유닛을 포함할 수 있고, 제3열전소재유닛에는 제3단위 열전소재를 따라 제3열이동경로가 정의되되, 제3열이동경로는 제2열이동경로와 직렬로 연결된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 열전 모듈은, 제1열전소재유닛과 제2열전소재유닛 중 적어도 어느 하나에 연결되는 히트싱크를 포함할 수 있다.
바람직하게, 제1열전소재유닛과 제2열전소재유닛 중 어느 하나는 피대상체에 연결되고, 피대상체에서 발생된 열은 제1열이동경로 및 제2열이동경로를 거쳐 히트싱크로 이동할 수 있다.
보다 바람직하게, 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈은 차량용 배터리 모듈의 배터리 셀에 직접 연결될 수 있다.
기존에는 배터리 모듈에 냉각팬(미도시)을 장착하고, 냉각팬에 의해 강제적으로 유동하는 공기에 의한 열전달(대류)에 의해 배터리 모듈을 냉각시켜야 함에 따라, 배터리 모듈의 냉각 효율이 낮고, 냉각팬을 장착하기 위한 공간을 별도로 마련해야 함에 따라 설계자유도 및 공간활용성이 저하되는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명의 실시예는 배터리 셀에 열전 모듈을 연결하고, 배터리 셀에서 발생한 열이 직접 열전 모듈로 전달(전도)되도록 하는 것에 의하여, 배터리 모듈의 냉각 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 본 발명의 실시예는 배터리 모듈을 냉각하기 위한 냉각팬의 사이즈를 최소화하거나 삭제할 수 있으므로, 냉각팬의 작동에 의한 소음을 최소화하고, 전력 소모를 낮추는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 본 발명의 실시예는 배터리 셀에서 발생된 열이 서로 다른 방향으로 정의되는 제1열이동경로 및 제2열이동경로를 따라 이동하도록 하는 것에 의하여, 배터리 모듈의 내부에서 열을 외부로 방출하는 공기 통로를 차단(또는 간섭)하지 않는 자세 및 위치에 히트싱크를 장착하는 것이 가능하다. 따라서, 공기 통로를 통해 외부로 배출되는 뜨거운 공기의 흐름을 보장하면서, 공기 통로를 통과하는 뜨거운 공기에 의한 히트싱크의 작동 성능(열방출 성능) 저하를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 열 방출 성능을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따르면 서로 다른 두가지 이상의 방향으로 열을 이동시켜 방출하는 것에 의하여, 열 방출 성능을 보장하면서, 열전 모듈의 성능 저하를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 열전 모듈의 배치 자유도를 높이고, 설계자유도 및 공간활용성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 피대상체의 냉각 효율을 높이고, 안정성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈로서, 제1열전소재유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈로서, 제2열전소재유닛을 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈로서, 제2열전소재유닛을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈로서, 제1열이동경로 및 제2열이동경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈로서, 제1열전소재유닛 및 제2열전소재유닛의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈의 장착예를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술사상은 설명되는 일부 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서라면, 실시예들간 그 구성요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성요소가 두 개의 구성요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈(10)은, 제1방향(D1)을 따라 배치되는 제1단위 열전소재(120)를 포함하는 제1열전소재유닛(100), 및 제1방향(D1)과 교차하는 제2방향(D2)을 따라 배치되는 제2단위 열전소재(220)를 포함하며 제1열전소재유닛(100)과 전기적으로 연결되는 제2열전소재유닛(200)을 포함한다.
참고로, 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈(10)은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 피대상체(도 14의 20 참조)에 장착될 수 있으며, 피대상체(20)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈(10)은 피대상체(20)(예를 들어, 배터리 셀)에서 발생되는 열을 방출하기 위해 피대상체(20)에 장착될 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1열전소재유닛(100)은 제1방향(D1)을 따라 배치되는 제1단위 열전소재(120)를 포함한다.
참고로, 본 발명에서 제1방향(D1)이 지시하는 방향은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 제1방향(D1)이 지시하는 방향에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제1방향(D1)은 수직 방향(도 1을 기준으로 상하 방향)을 따라 정의될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 제1방향은 수평 방향 또는 여타 다른 방향을 따라 정의될 수 있다.
제1단위 열전소재(120)는 열에너지와 전기에너지를 변환하는 소자로서, 펠티어소자, TEC(Thermoelectric Cooler) 등의 용어로도 불리고 있으며, 전류를 흐르게 하면 한쪽은 가열되고 다른 한쪽은 냉각되는 펠티어 효과(Peltier Effect)를 이용하여 냉각 또는 가열수단으로 널리 사용되고 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1단위 열전소재(120)는 제1방향(D1)을 따라 배치되는 제1N형 열전소재(122)와 제1P형 열전소재(124) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
제1N형 열전소재(122)와 제1P형 열전소재(124)의 개수 및 배열 형태는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 제1N형 열전소재(122)와 제1P형 열전소재(124)는 직선 패턴을 이루도록 배열될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1N형 열전소재와 제1P형 열전소재가 곡선 또는 여타 다른 패턴으로 배열되는 것이 가능하며, 제1N형 열전소재(122)와 제1P형 열전소재(124)의 배열 형태 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1열전소재유닛(100)은, 제1기판(110), 제1기판(110)에 마련되는 제1N형 열전소재(122), 제1N형 열전소재(122)와 이격되며 제1기판(110)에 마련되는 제1P형 열전소재(124), 제1N형 열전소재(122)의 일단 및 제1P형 열전소재(124)의 일단에 각각 개별적으로 연결되는 제1전극(140), 및 제1N형 열전소재(122)의 다른 일단과 제1P형 열전소재(124)의 다른 일단을 전기적으로 연결하는 제2전극(150)을 포함한다.
일 예로, 제1기판(110)은 제1하부기판(112) 및 제1상부기판(114)을 포함할 수 있다. 제1하부기판(112)은 열전 모듈(10)의 형태를 유지하고, 외부 환경으로부터 제1단위 열전소재(120)를 보호하기 위해 마련될 수 있다.
제1기판(110)의 구조 및 재질은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 제1기판(110)의 재질 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
제1N형 열전소재(122)는 제1방향(D1)을 따라 돌출되게 제1하부기판(112)의 상부(도 2 기준)에 마련된다.
제1P형 열전소재(124)는 제1방향(D1)을 따라 돌출되게 제1하부기판(112)의 상부(도 2 기준)에 마련되고, 제1N형 열전소재(122)와 이격되게 배치된다.
제1전극(140)은 제1N형 열전소재(122)의 일단(예를 들어, 하단) 및 제1P형 열전소재(124)의 일단(예를 들어, 하단)에 각각 개별적으로 연결(전기적으로 접속)되며, 전원공급부(미도시)로부터 전원이 인가된다.
여기서, 제1전극(140)에 전원이 인가된다 함은, 제1전극(140)에 정방향 전류 또는 역방향 전류가 인가되는 것을 모두 포함하는 것으로 정의된다. 예를 들어, 제1전극(140)에 정방향 전류가 인가되면 제1단위 열전소재(120)는 가열될 수 있고, 반대로 제1전극(140)에 역방향 전류가 인가되면 제1단위 열전소재(120)는 냉각될 수 있다.
일 예로, 제1전극(140)은 제1단위 열전소재(120)의 하단(도 2 기준)에 형성되어 제1단위 열전소재(120)와 제1하부기판(112)의 사이에 배치될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 제1단위 열전소재(120)와 제1전극(140)의 사이에 도전성 접합층과 같은 여타 다른 레이어(미도시)를 형성하는 것도 가능하다.
제1전극(140)은 제1단위 열전소재(120)와 전기적으로 접속될 수 있는 통상의 금속 재질로 형성될 수 있으며, 제1전극(140)의 재질에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 제1전극(140)은 구리(Cu), 니켈(Ni), 탄소(C), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나에 의해 형성될 수 있다.
제2전극(150)은 제1N형 열전소재(122)의 다른 일단(예를 들어, 상단)과 제1P형 열전소재(124)의 다른 일단(예를 들어, 상단)을 전기적으로 연결하도록 마련되며, 제1상부기판(114)은 제2전극(150)을 지지할 수 있다.
보다 구체적으로, 제2전극(150)은 제1단위 열전소재(120)를 구성하는 제1N형 열전소재(122)와 제1P형 열전소재(124)에 동시에 접속 가능한 구조로 형성되며, 제2전극(150)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
제2전극(150)은 제1단위 열전소재(120)와 전기적으로 접속될 수 있는 통상의 금속 재질로 형성될 수 있으며, 제2전극(150)의 재질에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 제2전극(150)은 구리(Cu), 니켈(Ni), 탄소(C), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나에 의해 형성될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제2열전소재유닛(200)은 제1방향(D1)과 교차하는 제2방향(D2)을 따라 배치되는 제2단위 열전소재(220)를 포함하며, 유연성을 갖는 얇은 필름 형태로 형성될 수 있다.
참고로, 본 발명에서 제2방향(D2)이 지시하는 방향은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 제2방향(D2)이 지시하는 방향에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제2방향(D2)은 수평 방향(도 1을 기준으로 좌우 방향)을 따라 정의될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 제2방향은 수직 방향 또는 여타 다른 방향을 따라 정의될 수 있다.
제2단위 열전소재(220)는 열에너지와 전기에너지를 변환하는 소자로서, 펠티어소자, TEC(Thermoelectric Cooler) 등의 용어로도 불리고 있으며, 전류를 흐르게 하면 한쪽은 가열되고 다른 한쪽은 냉각되는 펠티어 효과(Peltier Effect)를 이용하여 냉각 또는 가열수단으로 널리 사용되고 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제2단위 열전소재(220)는 제2방향(D2)을 따라 배치되는 제2N형 열전소재(222)와 제2P형 열전소재(224) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
제2N형 열전소재(222)와 제2P형 열전소재(224)의 개수 및 배열 형태는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 제2N형 열전소재(222)와 제2P형 열전소재(224)는 직선 패턴을 이루도록 배열될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제2N형 열전소재와 제2P형 열전소재가 곡선 또는 여타 다른 패턴으로 배열되는 것이 가능하며, 제2N형 열전소재(222)와 제2P형 열전소재(224)의 배열 형태 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제2단위 열전소재(220)는, 제2기판(210)에 열전반도체 소자용 분말(예를 들어, Bi-Te계 합금 분말, Pb-Te계 합금 분말, Si-Ge계 합금 분말, Fe-Si계 합금 분말 및 Co-Sb계 합금 분말로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나) 및 바인더 등을 혼합한 잉크 조성물을 프린팅(예를 들어, 스크린 프린팅)한 후, 잉크 조성물을 상온에서 광 소결(예를 들어, 제논 백색광을 조사하여 소결)함으로써 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제2열전소재유닛(200)은, 제2기판(210), 제2기판(210)에 마련되는 제2N형 열전소재(222), 제2N형 열전소재(222)와 이격되며 제2기판(210)에 마련되는 제2P형 열전소재(224), 제2N형 열전소재(222)의 일단 및 제2P형 열전소재(224)의 일단에 각각 개별적으로 연결되는 제3전극(240), 및 제2N형 열전소재(222)의 다른 일단과 제2P형 열전소재(224)의 다른 일단을 전기적으로 연결하는 제4전극(250)을 포함한다.
일 예로, 제2기판(210)은 제2하부기판(212) 및 제2상부기판(214)을 포함할 수 있다. 제2하부기판(212)은 열전 모듈(10)의 형태를 유지하고, 외부 환경으로부터 제2단위 열전소재(220)를 보호하기 위해 마련될 수 있다.
제2기판(210)의 구조 및 재질은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 제2기판(210)의 재질 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
기존에는 고온(350℃ 이상) 및/또는 고압에 의한 열처리를 통한 소결에 따라 열전소재가 형성됨에 따라, 소결시 열에 취약한 유연성 기판을 사용하기 어려운 문제점이 있다.
하지만, 본 발명의 바람직한 실시예는, 제2단위 열전소재(220)가 상온에서 광 소결에 의해 형성되므로, 제2기판(210)은 열에 의한 변형이 없기 때문에, 유연하게 구부러질 수 있는 유연성 재질로 형성하는 것이 가능하다.
제2기판(210)은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 유연성 재질로 형성될 수 있다. 일 예로, 제2기판(210)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI), 폴리카보네이트(PC) 및 폴리아크릴로니트릴(PAN)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나로 형성될 수 있다.
제2N형 열전소재(222)는 제2하부기판(212)의 상부(도 3 및 도 4 기준)에 얇고 평평한 층을 이루도록 형성되며, 폭보다 긴 길이를 갖는 제2N형 열전소재(222)의 길이 방향이 제2방향(D2)을 향하도록 배치된다.
제2P형 열전소재(224)는 제2하부기판(212)의 상부(도 3 및 도 4 기준)에 얇고 평평한 층을 이루도록 형성되며, 폭보다 긴 길이를 갖는 제2P형 열전소재(224)의 길이 방향이 제2방향(D2)을 향하도록 제2N형 열전소재(222)와 이격되게 배치된다.
참고로, 본 발명의 실시예에서는 제2단위 열전소재(220)가 제1단위 열전소재(120)와 달리 얇고 평평한 층을 이루도록 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1단위 열전소재와 유사하게 제2단위 열전소재를 제1방향을 따라 돌출된 형태로 형성하는 것도 가능하다.
제3전극(240)은 제2N형 열전소재(222)의 일단(예를 들어, 도 3을 기준으로 우단) 및 제2P형 열전소재(224)의 일단(예를 들어, 도 3을 기준으로 우단)에 각각 개별적으로 연결(전기적으로 접속)되며, 전원공급부(미도시)로부터 전원이 인가된다.
여기서, 제3전극(240)에 전원이 인가된다 함은, 제3전극(240)에 정방향 전류 또는 역방향 전류가 인가되는 것을 모두 포함하는 것으로 정의된다. 예를 들어, 제3전극(240)에 정방향 전류가 인가되면 제2단위 열전소재(220)는 가열될 수 있고, 반대로 제3전극(240)에 역방향 전류가 인가되면 제2단위 열전소재(220)는 냉각될 수 있다.
일 예로, 제3전극(240)은 제2단위 열전소재(220)의 하부(도 4 기준)에 형성되어 제2단위 열전소재(220)와 제2하부기판(212)의 사이에 배치될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 제2단위 열전소재(220)와 제3전극(240)의 사이에 도전성 접합층과 같은 여타 다른 레이어(미도시)를 형성하는 것도 가능하다.
제3전극(240)은 제2단위 열전소재(220)와 전기적으로 접속될 수 있는 통상의 금속 재질로 형성될 수 있으며, 제1전극(140)의 재질에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 제3전극(240)은 구리(Cu), 니켈(Ni), 탄소(C), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나에 의해 형성될 수 있다.
제4전극(250)은 제2N형 열전소재(222)의 다른 일단(예를 들어, 도 3을 기준으로 좌단)과 제2P형 열전소재(224)의 다른 일단(예를 들어, 도 3을 기준으로 좌단)을 전기적으로 연결하도록 마련되며, 제2상부기판(214)은 제2단위 열전소재(220), 제3전극(240) 및 제4전극(250)을 덮도록 제1상부기판(114)의 상부에 적층될 수 있다.
보다 구체적으로, 제4전극(250)은 제2단위 열전소재(220)를 구성하는 제2N형 열전소재(222)와 제2P형 열전소재(224)에 동시에 접속 가능한 구조로 형성되며, 제4전극(250)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
제4전극(250)은 제2단위 열전소재(220)와 전기적으로 접속될 수 있는 통상의 금속 재질로 형성될 수 있으며, 제4전극(250)의 재질에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 제4전극(250)은 구리(Cu), 니켈(Ni), 탄소(C), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나에 의해 형성될 수 있다.
한편, 제2열전소재유닛(200)은 요구되는 조건에 따라 다양한 방법으로 제작될 수 있다.
일 예로, 제2열전소재유닛(200)의 제조방법은, 제2기판(210)(예를 들어, 제2하부기판) 상에 복수개의 제3전극(230) 및 복수개의 제4전극(240)을 형성하는 단계, 복수개의 제3전극(230) 및 복수개의 제4전극(240)과 연결되도록 잉크 조성물을 이용하여 제2단위 열전소재(220)를 형성하는 단계, 제2단위 열전소재(220)를 상온에서 광 소결하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게, 잉크 조성물은 열전반도체 소자용 분말 100 중량부를 기준으로 바인더를 5 내지 20 중량부로 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 8 내지 17 중량부로 포함할 수 있다. 바인더의 함량이 열전반도체 소자용 분말 100 중량부를 기준으로 5 중량부 미만인 경우에는 제2기판(210)과의 부착성이 저하될 수 있고, 바인더의 함량이 열전반도체 소자용 분말 100 중량부를 기준으로 20 중량부 초과인 경우에는 열전성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
바람직하게, 제2단위 열전소재(220)는, 5 내지 15 J/cm2의 에너지를 가지는 제논 백색광을 200 내지 400V의 인가전압으로 1/1000 내지 1/100 초간 조사하여 광 소결된 것일 수 있다. 종래의 고온 및 고압에서의 열 소결과는 달리 제2단위 열전소재(220)가 상온 및 상압에서 광 소결에 의해 형성되기 때문에, 종래의 열전소재와 다른 미세조직을 가지게 되며, 구체적으로 제2단위 열전소재(220)의 내부에서 두께의 프로파일에 따라 탄소 원자의 평균 함량(바인더의 함량)이 조절되어서, 열전성능을 향상시키면서도 기판과의 부착력을 개선하는 효과가 있다.
이와 같이, 제2단위 열전소재(220)를 광 소결시킴에 따라 순간적인 광펄스를 통한 침투력이 우수하고, 상온에서 매우 빠른 시간 안에 소결이 가능한 효과가 있다. 그에 따라 저온에서도 대면적 공정을 구현할 수 있어서, 롤투롤(Roll to Roll, R2R) 방식의 인쇄를 통한 고속 소결에 적합한 장점이 있다.
더욱 바람직하게, 제2단위 열전소재(220)는, 제2단위 열전소재(220)의 하단부(제2단위 열전소재의 하부의 바닥면으로부터 평균 두께의 30%가 되는 지점까지의 부분)에 함유된 탄소 원자의 평균 함량이, 제2단위 열전소재(220)의 상단부(제2단위 열전소재의 평균 두께의 70%에 해당하는 나머지 부분)에 함유된 탄소 원자의 평균 함량에 비해 2배 이상 높은 것일 수 있다. 이와 같은 범위를 만족하는 경우에 제2단위 열전소재(220)의 열전성능을 향상시키면서도 제2기판(210)과의 부착력을 개선하는 효과가 있다.
일 예로, 제2단위 열전소재(220)의 평균 두께는 10 내지 40 ㎛일 수 있고, 구체적으로는 10 내지 35 ㎛일 수 있고, 더 구체적으로는 15 내지 30 ㎛일 수 있다. 제2단위 열전소재(220)의 평균 두께가 10 ㎛ 미만인 경우에는 열전성능이 저하될 우려가 있으며, 제2단위 열전소재(220)의 평균 두께가 40 ㎛ 초과인 경우에는 제2단위 열전소재(220)의 취성이 나타나서 제2기판(210)과의 부착력이 저하될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1열전소재유닛(100)에는 제1단위 열전소재(120)를 따라 제1열이동경로(TP1)가 정의되고, 제2열전소재유닛(200)에는 제2단위 열전소재(220)를 따라 제2열이동경로(TP2)가 정의되며, 제1열이동경로(TP1)와 제2열이동경로(TP2)는 직렬로 연결된다.
여기서, 제1열이동경로(TP1)는 제1단위 열전소재(120)에서 열이 이동하는 경로(전류가 이동하는 경로)로 정의되고, 제2열이동경로(TP2)는 제2단위 열전소재(220)에서 열이 이동하는 경로로 정의될 수 있다.
그리고, 제1열이동경로(TP1)와 제2열이동경로(TP2)가 직렬로 연결된다 함은, 제1열이동경로(TP1)를 따라 이동한 열이 제2열이동경로(TP2)를 따라 연속적으로 이동할 수 있는 것으로 정의된다.
제1열이동경로(TP1)는 제1단위 열전소재(120)의 구조 및 배치 형태에 따라 정의될 수 있으며, 제1열이동경로(TP1)의 형태 및 구조에 따라 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제1열이동경로(TP1)는 직선 형태(도 5의 TP1 참조) 또는 곡선 형태(도 13의 TP2 참조)로 정의될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 제1열이동경로를 지그재그 형태로 정의하거나 여타 다른 구조로 정의하는 것도 가능하다.
마찬가지로, 제2열이동경로(TP2)는 제2단위 열전소재(220)의 구조 및 배치 형태에 따라 정의될 수 있으며, 제2열이동경로(TP2)의 형태 및 구조에 따라 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제2열이동경로(TP2)는 직선 형태(도 5의 TP2 참조) 또는 곡선 형태(도 13의 TP2 참조)로 정의될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 제2열이동경로를 지그재그 형태로 정의하거나 여타 다른 구조로 정의하는 것도 가능하다.
제1열전소재유닛(100)과 제2열전소재유닛(200)의 연결 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 제1열전소재유닛(100)과 제2열전소재유닛(200)의 연결 구조에 의해 제1열이동경로(TP1)와 제2열이동경로(TP2)의 연결 형태가 정의될 수 있다.
일 예로, 도 5를 참조하면, 제1열전소재유닛(100)과 제2열전소재유닛(200)은 대략 "L"자 형상을 이루도록 연결될 수 있으며, 수직 방향(예를 들어, 제1방향)으로 배치되는 제1열전소재유닛(100)을 따라서는 제1열이동경로(TP1)가 정의되고, 수평 방향(예를 들어, 제2방향)으로 배치되는 제2열전소재유닛(200)을 따라서는 제2열이동경로(TP2)가 정의될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 열전 모듈(10)은, 제1열전소재유닛(100)과 제2열전소재유닛(200) 중 적어도 어느 하나에 연결되는 히트싱크(400)를 포함할 수 있으며, 제1열이동경로(TP1)와 제2열이동경로(TP2)를 따라 이동하는 열은 히트싱크(400)를 통해 외부로 방출될 수 있다.
일 예로, 도 5를 참조하면, 히트싱크(400)는 제2열전소재유닛(200)(예를 들어, 제2열전소재유닛(200)의 제4전극(250))에 연결될 수 있으며, 제1열이동경로(TP1)에서 제2열이동경로(TP2)로 이동하는 열은 히트싱크(400)를 통해 외부로 방출될 수 있다.
다른 일 예로, 도 6을 참조하면, 히트싱크(400)는 제1열전소재유닛(100)(예를 들어, 제1열전소재유닛(100)의 제1전극(140))에 연결될 수 있으며, 제2열이동경로(TP2)에서 제1열이동경로(TP1)로 이동하는 열은 히트싱크(400)를 통해 외부로 방출될 수 있다.
한편, 전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 열전 모듈(10)이 2개의 열전소재유닛(제1열전소재유닛 및 제2열전소재유닛)을 포함하는 예를 들어 설명하고 있지만, 열전 모듈(10)은 3개 이상의 열전소재유닛을 포함하는 것이 가능하며, 열전소재유닛의 개수 및 연결 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 7 내지 도 9, 도 11 내지 도 12를 참조하면, 열전 모듈(10)은, 제1방향(D1)을 따라 배치되는 제1단위 열전소재(120)를 포함하는 제1열전소재유닛(100), 및 제1방향(D1)과 교차하는 제2방향(D2)을 따라 배치되는 제2단위 열전소재(220)를 포함하며 제1열전소재유닛(100)과 전기적으로 연결되는 제2열전소재유닛(200), 및 제2방향(D2)과 교차하는 제3방향을 따라 배치되는 제3단위 열전소재(320)를 포함하며 제2열전소재유닛(200)과 전기적으로 연결되는 제3열전소재유닛(300)을 포함할 수 있다.
바람직하게, 제3열전소재유닛(300)에는 제3단위 열전소재(320)를 따라 제3열이동경로(TP3)가 정의되되, 제3열이동경로(TP3)는 제2열이동경로(TP2)와 직렬로 연결된다.
참고로, 제3열이동경로(TP3)는 제1열이동경로(TP1)와 동일한 방향(예를 들어, 상하 방향)으로 정의되거나, 다른 방향으로 정의되는 것이 가능하다.
제3열전소재유닛(300)은 전술한 제1열전소재유닛(100)(또는 제2열전소재유닛)과 동일 또는 유사한 구조로 마련될 수 있으며, 제3열전소재유닛(300)의 구조 및 연결 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 도 7을 참조하면, 제3열전소재유닛(300)은, 제3기판(310), 제3기판(310)에 마련되는 제3N형 열전소재(322), 제3N형 열전소재(322)와 이격되며 제3기판(310)에 마련되는 제3P형 열전소재(324), 제3N형 열전소재(322)의 일단 및 제3P형 열전소재(324)의 일단에 각각 개별적으로 연결되는 제5전극(340), 및 제1N형 열전소재(122)의 다른 일단과 제1P형 열전소재(124)의 다른 일단을 전기적으로 연결하는 제6전극(350)을 포함할 수 있다.
일 예로, 제3기판(310)은 제3하부기판(312) 및 제3상부기판(314)을 포함할 수 있다.
또한, 제1열전소재유닛(100), 제2열전소재유닛(200) 및 제3열전소재유닛(300)은 상호 협조적으로 대략 "U"자 형상을 이루도록 연결되고, 제3열전소재유닛(300)에는 히트싱크(400)가 연결될 수 있으며, 제1열이동경로(TP1), 제2열이동경로(TP2) 및 제3열이동경로(TP3)의 순서로 이동하는 열은 히트싱크(400)를 통해 외부로 방출될 수 있다.
다른 일 예로, 도 8을 참조하면, 제1열전소재유닛(100), 제2열전소재유닛(200) 및 제3열전소재유닛(300)은 상호 협조적으로 대략 "U"자 형상을 이루도록 연결되되, 제1열전소재유닛(100)에는 히트싱크(400)가 연결될 수 있으며, 제3열이동경로(TP3), 제2열이동경로(TP2) 및 제1열이동경로(TP1)의 순서로 이동하는 열은 히트싱크(400)를 통해 외부로 방출될 수 있다.
다른 일 예로, 도 9를 참조하면, 제1열전소재유닛(100'), 제2열전소재유닛(200') 및 제3열전소재유닛(300')은 상호 협조적으로 대략 "U"자 형상을 이루도록 연결되되, 제1열전소재유닛(100')과 제3열전소재유닛(300')은 유연성을 갖는 얇은 필름 형태로 형성하고, 제2열전소재유닛(200')은 제1방향(D1)(예를 들어, 상하 방향)을 따라 소정 높이를 갖는 블럭 형태(유연성이 없는 구조)로 형성하는 것도 가능하다. 제1열이동경로(TP1), 제2열이동경로(TP2) 및 제3열이동경로(TP3)의 순서로 이동하는 열은, 제3열전소재유닛(300')에 연결되는 히트싱크(400)를 통해 외부로 방출될 수 있다.
다른 일 예로, 도 10을 참조하면, 열전 모듈(10)은, 제1열전소재유닛(100) 및 제2열전소재유닛(200")을 포함하되, 제1열전소재유닛(100)과 제2열전소재유닛(200)은 상호 협조적으로 대략 "T"자 형상을 이루도록 연결되는 것도 가능하다.
일 예로, 제2열전소재유닛(200")은 제1열전소재유닛(100)의 대략 중앙부에 연결될 수 있다.
또한, 제2열전소재유닛(200")의 일단 및 타단에는 각각 히트싱크(400)가 연결될 수 있으며, 제1열전소재유닛(100)(제1열이동경로)에서 제2열전소재유닛(200")(제2열이동경로)으로 이동한 열은 제2열이동경로(TP2)를 따라 분기되어 제2열전소재유닛(200")의 일단 및 타단에 연결되는 히트싱크(400)를 통해 외부로 방출될 수 있다.
다른 일 예로, 도 11 및 도 12를 참조하면, 열전 모듈(10)은, 제1열전소재유닛(100,100'), 제2열전소재유닛(200,200') 및 제3열전소재유닛(300,300')을 포함하되, 제1열전소재유닛(100,100'), 제2열전소재유닛(200,200') 및 제3열전소재유닛(300,300')은 상호 협조적으로 대략 계단식 구조를 이루도록 연속적으로 연결될 수 있다. 제1열이동경로(TP1), 제2열이동경로(TP2) 및 제3열이동경로(TP3)의 순서로 이동하는 열은, 제3열전소재유닛(300,300')에 연결되는 히트싱크(400)를 통해 외부로 방출될 수 있다.
도 11을 참조하면, 제1열전소재유닛(100)과 제3열전소재유닛(300)은 제1방향(D1)(예를 들어, 상하 방향)을 따라 소정 높이를 갖는 블럭 형태(유연성이 없는 구조)로 형성하고, 제2열전소재유닛(200)은 유연성을 갖는 얇은 필름 형태로 형성할 수 있다.
다르게는, 도 12와 같이, 제1열전소재유닛(100')과 제3열전소재유닛(300')은 유연성을 갖는 얇은 필름 형태로 형성하고, 제2열전소재유닛(200')은 제1방향(D1)(예를 들어, 상하 방향)을 따라 소정 높이를 갖는 블럭 형태로 형성하는 것도 가능하다.
또한, 도 12를 참조하면, 열전 모듈(10)은, 제1열전소재유닛(100) 및 제2열전소재유닛(200)을 포함하되, 제1열전소재유닛(100)은 블럭 형태로 형성하고, 제2열전소재유닛(200)은 절곡된(휘어진) 필름 형태(예를 들어, "C"자 형상의 필름 형태)로 형성하는 것도 가능하다.
제2열전소재유닛(200)이 휘어진 형태로 형성됨에 따라, 제2단위 열전소재(220)를 따라 정의되는 제2열이동경로(TP2)는 곡선 형태로 정의될 수 있다. 제1열이동경로(TP1)(직선 경로)에서 제2열이동경로(TP2)(곡선 경로)로 이동하는 열은 히트싱크(400)를 통해 외부로 방출될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈(10)은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 피대상체(20)에 장착되어, 피대상체(20)에서 발생되는 열을 외부로 방출하기 위해 사용될 수 있다.
일 예로, 도 14를 참조하면, 제1열전소재유닛(100')과 제2열전소재유닛(200)(또는 제3열전소재유닛) 중 어느 하나는 피대상체(20)에 연결되고, 피대상체(20)에서 발생된 열은 제1열이동경로(TP1) 및 제2열이동경로(TP2)를 거쳐 히트싱크(400)로 이동하여 방출될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈(10)이 차량용 배터리 모듈의 배터리 셀에 직접 연결되는 예를 들어 설명하기로 한다.
일 예로, 제1열전소재유닛(100')과 제2열전소재유닛(200)은 모두 유연성을 갖는 얇은 필름 형태로 형성될 수 있으며, 제1열전소재유닛(100')은 피대상체(20)(배터리 셀)에 연결될 수 있고, 피대상체(20)의 하부에 절곡되게 배치되는 제2열전소재유닛(200)에는 히트싱크(400)가 연결될 수 있다. 따라서, 피대상체(20)에서 발생된 열은 제1열이동경로(TP1)와 제2열이동경로(TP2)를 거쳐 히트싱크(400)로 이동하여 외부로 방출될 수 있다.
기존에는 배터리 모듈에 냉각팬(미도시)을 장착하고, 냉각팬에 의해 강제적으로 유동하는 공기에 의한 열전달(대류)에 의해 배터리 모듈을 냉각시켜야 함에 따라, 배터리 모듈의 냉각 효율이 낮고, 냉각팬을 장착하기 위한 공간을 별도로 마련해야 함에 따라 설계자유도 및 공간활용성이 저하되는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명의 실시예는 배터리 셀에 열전 모듈(10)을 연결하고, 배터리 셀에서 발생한 열이 직접 열전 모듈(10)로 전달(전도)되도록 하는 것에 의하여, 배터리 모듈의 냉각 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 본 발명의 실시예는 배터리 모듈을 냉각하기 위한 냉각팬의 사이즈를 최소화하거나 삭제할 수 있으므로, 냉각팬의 작동에 의한 소음을 최소화하고, 전력 소모를 낮추는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 본 발명의 실시예는 배터리 셀에서 발생된 열이 제1열전소재유닛(100')과 제2열전소재유닛(200)에 정의되는 제1열이동경로 및 제2열이동경로를 따라 이동하도록 하는 것에 의하여, 배터리 모듈의 내부에서 열을 외부로 방출하는 공기 통로(AP)를 차단(또는 간섭)하지 않는 자세 및 위치에 히트싱크(400)를 장착하는 것이 가능하다. 따라서, 공기 통로(AP)를 통해 외부로 배출되는 뜨거운 공기의 흐름을 보장하면서, 공기 통로(AP)를 통과하는 뜨거운 공기에 의한 히트싱크(400)의 작동 성능(열방출 성능) 저하를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 열전 모듈
20 : 피대상체
100 : 제1열전소재유닛
110,100' : 제1기판
112 : 제1하부기판
114 : 제1상부기판
120 : 제1단위 열전소재
122 : 제1N형 열전소재
124 : 제1P형 열전소재
140 : 제1전극
150 : 제2전극
200,200' : 제2열전소재유닛
210 : 제2기판
212 : 제2하부기판
214 : 제2상부기판
220 : 제2단위 열전소재
222 : 제2N형 열전소재
224 : 제2P형 열전소재
240 : 제3전극
250 : 제4전극
300,300' : 제3열전소재유닛
310 : 제3기판
312 : 제3하부기판
314 : 제3상부기판
320 : 제3단위 열전소재
322 : 제3N형 열전소재
324 : 제3P형 열전소재
340 : 제5전극
350 : 제6전극
400 : 히트싱크

Claims (12)

  1. 제1방향을 따라 배치되는 제1단위 열전소재를 포함하는 제1열전소재유닛; 및
    상기 제1방향과 교차하는 제2방향을 따라 배치되는 제2단위 열전소재를 포함하며, 상기 제1열전소재유닛과 전기적으로 연결되는 제2열전소재유닛;
    을 포함하는 열전 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1열전소재유닛에는 상기 제1단위 열전소재를 따라 제1열이동경로가 정의되고,
    상기 제2열전소재유닛에는 상기 제2단위 열전소재를 따라 제2열이동경로가 정의되며,
    상기 제1열이동경로와 상기 제2열이동경로는 직렬로 연결되는 열전 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1열이동경로는 직선 형태 또는 곡선 형태로 정의되는 열전 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2열이동경로는 직선 형태 또는 곡선 형태로 정의되는 열전 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1열이동경로는 수직 방향을 따라 정의되고,
    상기 제2열이동경로는 상기 수직 방향에 수직한 수평 방향을 따라 정의되는 열전 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1단위 열전소재는,
    상기 제1방향을 따라 배치되는 제1N형 열전소재와 제1P형 열전소재 중 적어도 어느 하나를 포함하는 열전 모듈.
  7. 제7항에 있어서,
    상기 제1열전소재유닛은,
    제1기판;
    상기 제1기판에 마련되는 상기 제1N형 열전소재;
    상기 제1N형 열전소재와 이격되며, 상기 제1기판에 마련되는 상기 제1P형 열전소재;
    상기 제1N형 열전소재의 일단 및 상기 제1P형 열전소재의 일단에 각각 개별적으로 연결되는 제1전극; 및
    상기 제1N형 열전소재의 다른 일단과 상기 제1P형 열전소재의 다른 일단을 전기적으로 연결하는 제2전극;
    을 포함하는 열전 모듈.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제2단위 열전소재는,
    상기 제2방향을 따라 배치되는 제2N형 열전소재와 제2P형 열전소재 중 적어도 어느 하나를 포함하는 열전 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2열전소재유닛은,
    제2기판;
    상기 제2기판에 마련되는 상기 제2N형 열전소재;
    상기 제2N형 열전소재와 이격되며, 상기 제2기판에 마련되는 상기 제2P형 열전소재;
    상기 제2N형 열전소재의 일단 및 상기 제2P형 열전소재의 일단의 각각 개별적으로 연결되는 제3전극; 및
    상기 제2N형 열전소재의 다른 일단과 상기 제2P형 열전소재의 다른 일단을 전기적으로 연결하는 제4전극;
    을 포함하는 열전 모듈.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제2방향과 교차하는 제3방향을 따라 배치되는 제3단위 열전소재를 포함하며, 상기 제2열전소재유닛과 전기적으로 연결되는 제3열전소재유닛을 포함하고,
    상기 제3열전소재유닛에는 상기 제3단위 열전소재를 따라 제3열이동경로가 정의되되, 상기 제3열이동경로는 상기 제2열이동경로와 직렬로 연결되는 열전 모듈.
  11. 제1항에 있어서
    상기 제1열전소재유닛과 상기 제2열전소재유닛 중 적어도 어느 하나에 연결되는 히트싱크를 포함하는 열전 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1열전소재유닛과 상기 제2열전소재유닛 중 어느 하나는 피대상체에 연결되고,
    상기 피대상체에서 발생된 열은 상기 제1열이동경로 및 상기 제2열이동경로를 거쳐 상기 히트싱크로 이동하는 열전 모듈.
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