KR20220024284A

KR20220024284A - 열전 발전기

Info

Publication number: KR20220024284A
Application number: KR1020220015895A
Authority: KR
Inventors: 엠. 스미스 스완; 알. 다름슈타드 패트릭
Original assignee: 더 보잉 컴파니
Priority date: 2015-01-05
Filing date: 2022-02-08
Publication date: 2022-03-03
Also published as: CN105762270A; US20160197260A1; KR20160084288A; CN105762270B; US20180219149A1; JP7492616B2; JP2020123744A; JP2023056015A; TWI658615B; EP3041056A1; TW201637249A; EP3041056B1; JP2016127278A; KR102564703B1

Abstract

부하에 전력을 공급하기 위한 열전 발전기(102)는 제1 설치판(106), 제2 설치판(108), 및 제1 및 제2 설치판들(106, 108) 사이에 위치하는 복수의 반도체들(126)을 포함한다. 복수의 반도체들(126)은 P형 또는 N형 반도체 물질 중의 하나를 포함한다.

Description

열전 발전기{THERMOELECTRIC GENERATOR}

본 발명은 일반적으로 전력을 생성하기 위한 디바이스들 및 시스템들, 더욱 상세하게는 전력을 생성하기 위한 열전 디바이스들 및 방법들에 관한 것이다.

또한 제벡(Seebeck) 발전기들로 알려진 열전 발전기들(thermoelectric generators, TEGs)은 제벡 효과(Seebeck effect)라고 불리는 현상을 이용하여 온도 차(temperature differential)를 전력으로 변환하는 디바이스들이다. 열 경사도(thermal gradient)는 열전 발전기의 두 면에 걸쳐 적용되고(applied), 그리고 전력은 열전 발전기 자체에 걸쳐 온도 차이에 기반하여 생성된다. 열전 발전기들은 다양한 애플리케이션에 응용될 수 있다. 적어도 몇몇 알려진 열전 발전기들은 전력원(power source)을 위한 사용 가능한 공간의 양이 제한된 곳 그리고 다른 알려진 전력원들을 사용할 수 없는 곳에서 사용된다. 열전 발전기들은 또한 항공기 내와 같이 거의 유지 보수 없이도 계속해서 작동하는 믿을 수 있고 오래가는 전력원을 갖는 것이 바람직한 애플리케이션들에서 사용될 수 있다.

적어도 몇몇 알려진 열전 발전기 시스템은, 각각이 싱글 P형 반도체(positive-type), 싱글 N형(negative-type) 반도체에 납땜이 된 복수의 전도성 판들에 의해 직렬로 연결된 P형(p-type) 및 N형(n-type)의 반도체들의 복수의 쌍들을 포함한다. 열전 발전기 기술의 현재 상태는 특히 대규모 애플리케이션들을 위한 P형 및 N형의 반도체 각각의 설치와 관련된 과도한 제조 시간 및 단가를 지속적으로 견디고 있다. 더욱이, 열전 발전기의 두께는 설치를 위해 사람의 인터페이싱을 요구하는 큰 사이즈의 P형 및 N형 반도체들의 거시적인 사이즈에 제한된다. 더욱이, 적어도 몇몇 알려진 열전 발전기들은 결과적인 열전 발전기의 모양을 실질적으로 평평하도록 제한하는 큐브 모양의 반도체들을 포함한다. 적어도 몇몇 열전 발전기들의 또 다른 단점은 반도체들과 연결판들(coupling plates) 간의 납땜 연결이 지나칠 경우 납땜이 녹을 수 있는 온도 제한을 갖는다는 것이다. 결국, 적어도 몇몇 기존의 열전 발전기들은 서로 직렬로 연결되는 반도체들 때문에 제한된 리던던시(limited redundancy)를 갖는다. 따라서, 반도체들 중의 하나가 기능을 하지 않으면, 그러면 열전 발전기의 전체 파워 출력은 확연하게 영향을 받을 수 있다. 리던던시는 반도체들을 병렬로 연결함으로써 향상될 수 있으나, 그러나 증가된 헤비한 결선(heavy wiring)을 포함하는 큰 어셈블리(large assembly)는 이러한 구성에 필수적이다.

따라서 제작이 간편하고 그리고, 따라서, 제조 시간 및 단가를 줄이고 그리고 또한 굽은 또는 다른 비정형의 발전기들이 지지 구조체의 표면에 순응하게(conform) 할 수 있는 열전 발전기에 대한 수요가 존재한다. 더욱이, 나노 스케일의 애플리케이션들에서 사용될 수 있는 열전 발전기에 대한 수요가 존재한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 부하에 동력을 공급하기 위한 열전 발전기 및 열전 발전기를 어셈블링하는 방법을 제공하는 데 있다.

하나의 실시예에서, 부하에 동력을 공급하기 위한 열전 발전기가 제공된다. 열전 발전기는 제1 설치판(first mounting plate), 제2 설치판(second mounting plate), 및 제1 설치판과 제2 설치판 사이에 위치하여 반도체 층을 형성하는 복수의 반도체들을 포함한다. 반도체 층은 P형 또는 N형의 반도체들 중의 하나를 포함한다.

또 다른 실시예에서, 열전 발전기를 어셈블링하는 방법이 제공된다. 본 방법은 복수의 반도체들을 제1 설치판에 적용하여(apply) 반도체 층을 형성하는 단계를 포함한다. 반도체 층은 P형 또는 N형의 반도체들 중의 하나를 포함한다. 제2 설치판은 반도체 층이 제1 및 제2 설치판들 사이에 위치하도록 위치된다. 본 방법은 또한 제1 설치판을 제2 설치판에 연결하는 단계를 포함한다.

또 다른 실시예에서, 열전 발전기 시스템이 제공된다. 열전 발전기 시스템은 지지 구조체 및 지지 구조체에 연결된 열전 발전기를 포함한다. 열전 발전기는 제1 설치판, 제2 설치판, 및 제1과 제2 설치판들 사이에 위치하여 반도체 층을 형성하는 복수의 반도체들을 포함한다. 반도체 층은 P형 또는 N형 반도체 물질 중 하나를 포함한다.

본 발명에 의하면 획기적으로 제조 시간 및 단가를 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 열전 발전기는 굴곡진 지지 구조체 같은 불규칙한 형태나 돌출 또는 침강과 같은 불규칙한 특징을 포함하는 애플리케이션에서 사용될 수 있다.

도 1은 예시적인 열전 발전기를 포함하는 예시적인 열전 발전기 시스템의 횡단면도이다;
도 2는 선택적인 열전 발전기 시스템의 횡단면도이다;
도 3은 또 다른 선택적인 열전 발전기 시스템의 횡단면도이다;
도 4는 또 다른 선택적인 열전 발전기 시스템의 횡단면도이다;
도 5는 또 다른 선택적인 열전 발전기 시스템의 횡단면도이다; 그리고
도 6은 도 1에 나타낸 열전 발전기 시스템을 어셈블링하는 방법에 관한 흐름도이다.
도 7은 도 5에 나타낸 열전 발전기 시스템을 어셈블링하는 방법에 관한 순서도이다.

지금부터 개시된 실시예들은, 개시된 실시예들 전체는 아니지만 몇몇 실시예에서 수반되는 도면들을 참조하여 더욱 상세히 설명될 것이다. 사실, 몇몇 다른 실시예들은 제공될 수 있고 그리고 이 문서에서 제공된 실시예들을 한정하는 것으로 해석되서는 안된다. 차라리, 이러한 실시예들은 본 발명이 기술 분야의 전문가들에게 본 발명의 범위를 철두철미하게 전달할 수 있도록 하기 위해 제공된다.

본 발명은 P형 또는 N형인 싱글 타입의 복수의 반도체들만을 갖는 열전 샌드위치 구조의 실시예들을 위해 제공된다. 구조체 및 방법에 관한 실시예들은 운송수단 및 구조체들뿐만 아니라 항공기, 우주선, 자동차, 선박, 및 다른 동력체에 사용될 수 있다. 본 발명에서 개시된 열전 발전기는 알려진 방법 대비 제조 시간 및 단가를 절감한다. 더욱이, 반도체들이 설치판들에 파우더로 적용되기 때문에, 본 발명에 따른 열전 발전기들은 지지 구조체가 휘어짐과 같이 비정형적으로 형성되고, 또는 돌출 또는 침강과 같은 불규칙한 특징들(irregular features)을 포함하는 지지 구조체의 애플리케이션에서 더욱 용이하게 사용될 수 있다.

도 1은 예시적인 열전 발전기(thermoelectric generator, TEG)(102) 및 이에 연결된 지지 구조체(support structure)(104)를 포함하는 예시적인 열전 발전기 시스템(100)의 횡단면도이다. TEG(102)는 제1 설치판(first mounting plate)(106), 제2 설치판(second mounting plate)(108), 및 판들(106 및 108) 사이에 위치하는 반도체 층(semiconductor layer)(110)을 포함한다. 예시적인 실시예에서, TEG(102)는 지지 구조체(104)에 연결된 제2 설치판(108)의 바닥 표면(bottom surface)(112), 및 제1 설치판(106)의 상부 표면(top surface)(114) 사이의 온도차(temperature differential)에 기반하여 전력을 생성하도록 구성된다. 다음으로 TEG(102)는 저장 및/또는 소비를 위해 배터리 또는 전기 디바이스와 같은 부하(미도시)에 전력을 전송한다.

예시적인 실시예에서, 제1 설치판(106)은 상부 표면(114), 바닥 표면(bottom surface)(116), 및 반대 사이드 에지들(opposing side edges)(118)를 포함한다. 비슷하게, 제2 설치판(108)은 바닥 표면(112), 상부 표면(120), 및 반대 사이드 에지들(122)을 포함한다. 더욱이, 제2 설치판(108)은 제1 설치판(106)의 길이(L2)보다 긴 길이(L1)를 포함하여 제2 설치판(108)이 지지 구조체(104)의 바깥 표면(124)에 연결되도록 할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 설치판들(106 및 108)은 전기적 도체 물질로부터 형성된다. 예를 들어, 판들(106 및 108)은 메탈 또는 구리, 알루미늄, 스틸과 같은 메탈 합금 그러나 이에 한정되지는 않고, 또는 이들의 다른 조합으로부터 형성된다. 선택적으로, 설치판들은 TEG 시스템(100)이 본 발명에 기술된 동작을 가능하게 하는 임의 물질로부터 제조된다. 더욱이, 설치판들(106 및 108)은 지지 구조체(104)가 굽어 있고(bend) 및/또는 휘어지도록(flex) 플랙시블한데, 설치판들(106 및 108)은 지지 구조체(104)의 모양에 따라 굽어 있고(bend) 및/또는 휘어질(flex) 수 있다.

예시적인 실시예에서, 반도체 층(110)은 각각이 설치판들(106 및 108)에 연결되는 복수의 반도체들(126)을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 복수의 반도체들(126)은, 싱글 타입의 반도체(126) 만을 포함하는 반도체 층(110)과 같은 포지티브(positive) 타입(p-type) 반도체 또는 네가티브(negative) 타입(n-type) 반도체 중의 오직 하나이다. 이와 같이, 각각의 반도체(126)는 병렬로 설치판들(106 및 108)에 연결된다. 반도체들(126)을 병렬로 연결하는 것은 TEG(102)의 리던던시(redundancy)를 향상시키고 그리고, 반도체들(126)의 온도 제한이 설치판(106 및 108)의 어느 지점에서 초과하는 경우에, 이때에 온도 스파이크(temperature spike)의 그 지점에 위치한 반도체들(126)만이 영향을 받는다.

예시적인 실시예에서, 반도체 층(110)은 파우더(powdered) 또는 과립의(granular) 반도체들(126)로 만들어진다. TEG(102)가 P형 또는 N형의 싱글 타입만을 포함하기 때문에, P형 및 N형의 반도체들을 결합하는 수작업의 납땜을 하는데에 제한이 없고, 그래서 납땜을 가능하게 하는 반도체들에 부여된 임의 사이즈 제한들이 제거된다. 선택적으로, 반도체들(126)은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 본 발명에 기술된 TEG 시스템(100)의 구동을 가능하게 하는 정육면체 모양처럼 임의 사이즈 또는 모양일 수 있다. 더욱이, 하나의 반도체(126)는 다른 반도체(126)와 다른 사이즈일 수 있다. 반도체들(126)은 서로 간에 연결되지 않기 때문에, 각각의 반도체(126)가 다른 반도체(126)와 정확히 동일한 사이즈를 따라야 한다는 조건이 존재하지 않는다. 파우더 또는 과립의 반도체들(126)로 만들어진 반도체 층(110)은, TEG(102)가 나노미터의 일부 정도로 작은 두께를 포함하는 나노 스케일의 애플리케이션에서 TEG(102)가 사용될 수 있게 하고, 감소된 TEG(102)의 두께는 TEG(102)에 대해 사용 가능한 공간이 제한된 애플리케이션에서 TEG(102)의 사용을 가능하게 한다. 선택적으로, 이에 한정되는 것은 아니나 예를 들어 항공기 부품에 사용과 같이 큰-스케일의 제조에 있어서, 반도체 층(110)은 두께가 수 인치들이 될 수 있다. 특히, 반도체(126) 각각은 대략 10^-9 나노미터 및 1.0 피트 사이의 범위 내의 직경을 포함한다. 특히, 작은-스케일의 TEG(102) 애플리케이션은 대략 10^-3 나노미터 및 대략 10.0 나노미터 사이의 범위 내의 직경을 가지는 반도체들(126)을 포함한다. 중간-사이즈 스케일의 TEG(102) 애플리케이션은 대략 0.001 mm 및 대략 4.0 mm 사이의 범위 내의 직경을 가지는 반도체들(126)을 포함한다. 큰-사이즈 스케일의 TGE(102) 애플리케이션은 대략 0.1 인치 및 대략 2.5 인치 사이의 범위 내의 직경을 가지는 반도체들(126)을 포함한다. 일반적으로 반도체 층(110)은 복수의 과립의 반도체들(126)을 포함하고 층(110)의 두께가 반도체들(126)의 크기로 인해 제한을 받지 않기 때문에, TEG(102)의 두께는 애플리케이션에 기반하여 최적화된다.

TEG(102)는 더 나아가 설치판들(106 및 108) 사이에 연결된 절연성 물질(insulation material)(128)을 포함한다. 특히, 절연성 물질(128)은 사이드 에지들(118 및 122)에서 가장 가까운 제1 설치판(106)의 바닥 표면(116) 과 제2 설치판의 상부 표면 중 적어도 하나에 연결된다. 예시적인 실시예에서, 절연성 물질(128)은 제1 설치판(106)이 제2 설치판과 직접 접촉하지 않도록 반도체 층(110)의 둘레에 구성된다. 절연성 물질(128)은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 고무 또는 플라스틱과 같이 설치판들(106 및 108)이 전기적으로 서로 분리되도록 하는 비전도성 물질로 만들어진다.

예시적인 실시예에서, TEG(102)는 또한 제1 설치판(106)을 제2 설치판(108)에 연결하도록 구성되는 복수의 조임장치(fastener)(130)를 포함한다. 특히, 도 1에 나타낸 바와 같이, 조임장치(130)는, 조임장치(130)가 절연성 물질(128)을 통과해서 연장되도록, 사이드 에지(118 및 122)에 가장 가까운 설치판(106 및 108)을 통과해서 연장된다. 선택적으로 조임장치(130)는 반도체 층(110)을 통과해서 연장될 수 있다. 조임장치(130)는 이에 한정되는 것은 아니며 예를 들어 고무 또는 플라스틱과 같이 설치판들이(106 및 108) 전기적으로 분리되도록 하는 비전도성 물질로 만들어진다. 선택적으로 비전도성의 절연체 또는 덮개(sheath)를 포함하는 전도성 물질로 만들어질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 조임장치(130)는 반도체 층(110)과 절연성 물질(128)에 압력을 가해서, 반도체들(126)을 판들(106 및 108) 사이에 가두어 놓고, 층(110)에 있는 반도체들(126)을 통해 판들(106 및 108) 사이의 강한 전기적 연결을 가능하게 하도록 구성된다.

도 2는 선택적인 열전 발전기 시스템(200)의 횡단면도이다. TEG 시스템(200)은 TEG 시스템(100)이 실질적으로 평평한 지지 구조체(104)를 포함하고, TEG 시스템(200)이 불규칙한 모양을 갖는 지지 구조체(204)를 포함하는 점을 제외하고는 실질적으로 (도 1에 도시된) TEG 시스템(100)과 유사하다. 그래서, TEG 시스템(100 및 200)에 공통되는 구성 요소들에는 도 1에서 사용된 것과 동일한 참조 번호가 붙여져 있다.

도 2에 나타나 있듯이, 지지 구조체(204)는 지지 구조체(204)의 표면(206)이 굽어진 것과 같은 적어도 하나의 곡률 반지름을 포함한다. 표면(206)은 TEG(102)가 지지 구조체(204)의 곡률 반지름에 기초하여 굽어진 정도로 TEG(200)가 순응하는(conformed) 굽어진 경로(curved path)를 정의한다. 도 2의 도시에서는 굽어져 있지만, TEG(102)는 지지 구조체의(204)의 임의의 불규칙한 모양에 순응한다. 예를 들어, TEG(102)는 각 전환들(angular transitions), 코너들(corners), 오프닝들(openings), 불룩한 부분들(bulges), 침강부들(depressions), 또는 다른 불규칙성들(irregularities)의 임의의 조합을 갖는 지지 구조체(204)에 순응한다. 예시적인 실시예에서, 반도체들(126)의 파우더 과립의 구조는 TEG(102)가 실질적으로 부드럽고 평평하지 않은 불규칙한 모양을 갖는 것을 가능하게 한다. 하나의 구현예에서, 지지 구조체(204)는 이에 한정되는 것은 아니나 예를 들어 적어도 하나의 곡률 반경을 포함할 뿐만 아니라 항공기의 비행 중에 굽어 있거나 휘어지기까지 하는 항공기 날개와 같은 항공기 구성 요소일 수 있다. 상술한 바와 같이, 설치판(106 및 108)은 지지 구조체(204)의 곡률(curvature) 및 굴곡(flexure)에 순응할 정도로 또한 휘어질 수 있다. 더욱이, 반도체들(126)의 파우더 과립의 구조는, 설치판(106 및 108)과 지지 구조체(204)의 곡률 및 굴곡에 순응하는 굽은(curved) 및/또는 휘어진(flexible) 반도체 층(110)을 가능하게 한다.

더욱이, 도 1 및 도 2는 지지 구조체(104 또는 204)에 마운트된 TEG(102) 내의 단일의 반도체들(126)의 층만을 도시하고 있으나, 복수의 반도체들(126)의 층이 TEG(102)에 포함되는 것을 고려할 수 있다. 더욱 특별히, TEG(102) 적층(stack-up)은 연속적으로, 설치판(108), 반도체 층(110), 중간의 설치판(intermediate mounting plate)(미도시), 또 다른 반도체 층(110), 및 설치판(106)을 포함할 수 있다. 하나의 TEG(102) 적층은 임의의 수의 반도체 층들(110)과 중간의 설치판들을 포함할 수 있다. 더욱이, 이러한 TEG(102) 적층에서, 제1 반도체 층(110)은 P형 반도체들(126)을 포함하고 그리고 적층 내의 제2 반도체 층(110)은 N형의 반도체들을 포함할 수 있다. 선택적으로, 적층의 모든 반도체 층들(110)은 P형 또는 N형의 반도체들을 포함할 수 있다.

추가적으로, 도 1 및 도 2에 대해, 설치판(108) 및 지지 구조체(104 및 204) 각각은 하나의 구현에서 분리된 구성 요소로서 나타나 있지만, 설치판(108) 및 지지 구조체(104 및 204)가 통합되고 전도성 접착제가 지지 구조체(104 및 204)에 직접 적용될 정도로 지지 구조체(104 및 204)는 설치판(108)으로서의 기능을 겸한다.

도 3은 대안적인 열전 발전기(302) 및 이와 연결된 지지 구조체(304)를 포함하는 다른 대안적인 열전 발전기 시스템(300)의 횡단면도이다. TEG(102)와 유사하게, TEG(302)는 제1 설치판(306), 제2 설치판(308), 및 판들(306 및 308) 사이에 위치하는 반도체 층(310)을 포함한다. TEG(302)는 또한 지지 구조체(304)에 연결된 제2 설치판(308)의 바닥 표면(312)과 제1 설치판(306)의 상부 표면(314) 사이의 온도 차이에 기반하여 전력을 생성하도록 구성될 수 있다. 그 다음에 TEG(302)는 저장 및/또는 소비를 위한 배터리 또는 전기 디바이스와 같은 부하(미도시)에 전력을 전송한다.

하나의 실시예에서, 제1 설치판(306)은 상부 표면(314), 바닥 표면(316), 및 대향하는(opposing) 사이드 에지들(318)을 포함한다. 유사하게, 제2 설치판(308)은 바닥 표면(312), 상부 표면(321), 및 대향하는 사이드 에지들(322)을 포함한다. 더욱이, 제2 설치판(308)은, 제2 설치판(308)이 지지 구조체(304)의 바깥 표면(324)에 연결되게 하기 위해, 제1 설치판(306)의 길이 L4 보다 더 긴 길이 L3를 포함한다. TEG 시스템(100)에서와 같이, TEG 시스템(300)의 설치판들(306 및 308)은 전기적 전도성 물질로 형성되고 그리고 지지 구조체(304)가 굽거나 및/또는 휘는 경우에, 설치판(306 및 308)이 굽거나 및/또는 휘어서 지지 구조체(304)의 형태에 순응할 수 있다. 선택적으로, 설치판들(306 및 308)은 길이에서 실질적으로 유사하다. 일반적으로, 설치판들(306 및 308)은 본 발명에 도시된 TEG 시스템(300)의 동작을 가능하게 하는 임의의 길이를 갖는다.

TEG(302)는 아래 더욱 상세히 설명된 것처럼, 각각이 설치판들(306 및 308)에 전기적으로 연결된 복수의 반도체들(326)을 갖는 반도체 층(310)을 포함한다. TEG(102)의 반도체들(126)과 유사하게, TEG(302)의 복수의 반도체들(326)은 반도체 층(310)이 오직 하나의 타입의 반도체들(326)을 포함할 정도로 P형(p-type) 반도체 또는 N형(n-type) 반도체들 중의 하나이다. 그렇기 때문에, 각각의 반도체(326)은 설치판(306 및 308)에 전기적으로 병렬 연결된다. 반도체 층(310)은 또한 싱글 P형 또는 N형이고 각각이 함께 납땜되지 않은 복수의 파우더 과립(powdered granular)의 반도체들(326)로 만들어진다. 반도체들(326)은 반도체들(126)과 실질적으로 유사해서, 상기 기술된 반도체들(126)에 관한 설명 및 장점들이 반도체들(326)에도 또한 적용된다.

TEG(302)는 전도성 접착제(330)의 제1 층(328)과 전도성 접착제(330)의 제2 층(332)를 더 포함한다. 특히, TEG(302)는 제1 설치판(306)의 바닥 표면(316)에 적용되는 전도성 접착제(330)의 제1 층(328)과 제2 설치판(308)의 상부 표면(320)에 적용되는 전도성 접착제(330)의 제2 층(332)를 포함한다. 하나의 실시예에서, 전도성 접착제(330)는 설치판(306 및 308) 중에 적어도 하나에 브러시 또는 스프레이를 사용하여 적용(도포)되는 전기적 전도성의 페인트이다. 선택적으로, 전도성 접착제(330)는 이에 한정되는 것은 아니나, 임의의 방법으로 설치판(306 및 308)에 적용(도포)되는 페인트(paint), 에폭시(epoxy), 밀폐제(sealant)와 같은 전기적 전도성 물질, 납과 같이 낮은 온도에서 녹는 금속, 및 은, 니켈 또는 그라파이트(graphite)와 혼합된 결합제(bonding agent)이다.

전도성 접착제(330)의 전도성 성질은 반도체들(326)을 연결하여 설치판(306 및 308)과 전기적으로 통신하게 하고, 반면에 접착제(330)의 접착성 성질은 설치판(306)을 설치판(308)에 조임장치(fastener) 필요 없이 기계적으로 연결한다. 선택적으로, 조임장치(130)(도 1에 도시된)와 같은 조임장치는 설치판(306 및 308)을 각각에 기계적으로 연결하는데 사용된다. 전도성 접착제(330)는 TEG(302)에 반도체들(326)이 접착되어 제자리에 고정될 수 있는 표면을 제공한다. 도 3에 나타낸 것처럼 반도체들(326)은 서로 다른 크기들이어서, 제1 반도체(334)는 접착제 층들(328 및 332) 사이에 연결되고 그리고 어느 판(306 또는 308)과도 접촉하지 않고, 반면에 제2 반도체(336)는 판(306 및 308) 중의 하나에만 그리고 대향하는 접착제 층(332 또는 328)과 각각 접촉한다. 제3 반도체(338)는, 반도체(338)가 양 접착제 층들(328 및 332)을 통과해서 연장되고 그리고 양쪽 판들(306 및 308) 모두에 접촉하도록 하는 사이즈이다. 반도체들(326)의 사이즈 및 층들(310, 328, 및 332)의 두께가 예시적인 목적만으로 도 3에 나타나 있으며 실제 사이즈 및 두께를 대표하는 것은 아니다. 예를 들어, 반도체 층(310)은 도 3에 나타난 것보다 상당히 많은 수의 반도체들(326)을 포함할 수 있다.

TEG(302)는 (도 1에 도시된) 절연성 물질(128)과 구성 요소 및 기능이 유사한 절연성 물질(미도시)을 또한 포함한다. 절연성 물질은 층들(306 및 308)에 연결되고 그리고 층들(328 및 332)의 전도성 접착제(330) 간에 접촉하지 못하게 하는 두께를 갖는다. 일반적으로, 전도성 접착제 층들(328 및 332)은 서로 간에 접촉하는 것이 방지되서, 전도성 접착제(330) 및 바이페싱(bypassing) 반도체들(326)을 경유하여 층들(306 및 308) 사이를 통하는 전류의 흐름을 줄일 수 있다.

더욱이, 도 3은 TEG(302)에서 지지 구조체(304)에 마운트된 반도체들(326)의 싱글 층을 나타내지만, 반도체들(326)의 복수의 층들이 TEG(302)에 포함될 수 있는 것이 고려된다. 더욱 특별히, TEG(302) 적층은, 순서적으로, 설치판(308), 전도성 접착제(330), 반도체들(326), 전도성 접착제(330), 반도체들(326), 전도성 접착제(330), 및 설치판(306)을 포함할 수 있다. TEG(302) 적층은 임의의 수의 반도체들(326) 및 접착제(330) 층들을 포함할 수 있다. 더욱이, TEG들(302)과 같은 적층에서, 제1 반도체 층(326)은 P형 반도체들(326)을 포함할 수 있고 그리고 적층에서 제2 반도체 층(326)은 N형 반도체들을 포함할 수 있다. 선택적으로, 적층의 모든 반도체 층들(326)은 P형 또는 N형 반도체들을 포함할 수 있다.

도 4는 선택적인 열전 발전기(TEG) 시스템(400)의 횡단면도이다. TEG 시스템(400)은, TEG 시스템(400)의 TEG(402)가 전도성 접착제(330)의 층들(328 및 332) 사이에 적용(도포)되는 저항성 접착제(404) 층을 포함하는 것을 제외하면, TEG 시스템(300)(도 3에 미도시)과 실질적으로 유사하다. 이렇기 때문에, 양 TEG 시스템들(300 및 400)에 공통적인 구성 요소들은 도 3에서 사용된 것과 동일한 참조 번호가 도 4에 매겨져 있다. 하나의 실시예에서, 저항성 접착제(404)는 이에 한정되는 것은 아니나 예를 들어 고무 또는 플라스틱 같은 비전도성 물질로 만들어져서 전도성 접착제(330)의 층들(328 및 332)은 서로 간에 전기적으로 분리된다. 전도성 접착제(330)와 유사하게, 하나의 애플리케이션에서, 저항성 접착제(404)는 브러시를 사용하거나 전도성 접착제 층들(328 및 332)의 적어도 하나 위에 접착제(404)를 분무함으로써 적용(도포)될 수 있다. 더욱이, 반도체들(326)은 저항성 접착제(404)와 혼합될 수 있고 그리고 층들(328 또는 332)에 적용(도포)될 수 있다. 선택적으로, 하나의 실시예에서, TEG(402)는 전도성 접착제 층들(328 및 332)을 포함하지 않고 그리고 반도체들(326)은 저항성 접착제(404)와 혼합되고 그리고 설치판들(306 및 308)에 직접 적용(도포)될 수 있다. 위에서 도 3에 대해 설명되었듯이, 반도체들(326)의 사이즈들과 층들(310, 328, 332, 및 404)의 두께들이 도 4에 예시적인 목적으로 나타나 있으며 실제적인 사이즈들 및 두께들을 대표하는 것은 아니다.

TEG(402)는 (도 1에 도시된) 절연성 물질(128)과 구성 요소 및 기능면에서 유사한 절연성 물질(440)을 또한 포함할 수 있다. 절연성 물질(440)은 사이드 에지들(318 및 322)에 가장 가까운 판들(306 및 308)에 각각 연결되고, 그리고 전도성 판들(306 및 308) 사이의 접촉을 방지하는 두께로 정의된다.

더욱이, 도 4는 TEG(402)에서 구조 지지체(304)에 마운트된 반도체들(326)의 싱글 층만을 나타내고 있지만, 반도체들(326)의 복수의 층들이 TEG(402)에 포함될 수 있음이 고려될 수 있다. 더욱 특별히, TEG(402) 적층은, 순서대로, 설치판(308), 전도성 접착제(330), 반도체들(326), 저항성 접착제(404), 전도성 접착제(330), 반도체들(326), 저항성 접착제(404), 전도성 접착제(330), 및 설치판(306)을 포함할 수 있다. TEG(402) 적층은 임의의 수의 반도체들(326), 저항성 접착제(404) 및 전도성 접착제(330) 층들을 포함할 수 있다. 더욱이, TEG(402)와 같은 적층에서, 제1 반도체 층(326)은 P형 반도체들(326)을 포함할 수 있고 그리고 적층 내의 제2 반도체 층(326)은 N형 반도체들을 포함할 수 있다. 선택적으로, 적층 내의 모든 반도체 층들(326)이 P형 또는 N형 반도체들을 포함할 수 있다.

추가적으로, 도 3 및 도 4에 대해, 설치판(308) 및 지지 구조체(304)가 분리된 구성 요소들로서 나타나 있지만, 하나의 실시예에서, 설치판(308) 및 지지 구조체(304)가 일체형이고 전도성 접착제가 지지 구조체(304)에 직접 적용(도포)되어, 지지 구조체(304)는 설치판(308)으로서의 기능을 겸한다.

도 5는 선택적인 열전 발전기(TEG) 시스템(500)의 횡단면도이다. TEG 시스템(500)은, TEG 시스템(400)이 실질적으로 평평한 지지 구조체(304)를 포함하고 그리고 TEG 시스템(500)이 불규칙한 형태를 갖는 지지 구조체(504)를 포함하는 것을 제외하면, (도 4에 도시된) TEG 시스템(400)과 실질적으로 유사하다.

도 5에 나타낸 것처럼, 지지 구조체(504)는 적어도 하나의 곡률 반경을 포함하고 있어서, 지지 구조체(504)의 표면(506)이 (도 2에 도시된) 지지 구조체(204)와 유사하게 굽어져 있다. 표면(506)은, TEG(402)가 지지 구조체(504)의 곡률 반경에 기반하여 굽어지는 것처럼 TEG(502)가 순응하는 굽어진 경로(curved path)로 정의된다. 도 5에 굽어진 것으로 나타나 있지만, TEG(502)는 지지 구조체(504)의 임의의 불규칙한 형태에 순응한다. 예를 들어, TEG(502)는, 각 전환들(angular transitions), 코너들(corners), 오프닝들(openings), 불룩한 부분들(bulges), 침강부들(depressions), 또는 다른 불규칙성들의 임의의 조합을 갖는 지지 구조체(504)에 순응한다. 예시적인 실시예에서, 반도체(326)의 파우더 과립의 구조는 TEG(502)가 불규칙한 형태, 즉 실질적으로 부드럽지 않고 평면이 아닌 형태를 갖는 것을 가능하게 한다. 하나의 실시예에서, 지지 구조체(504)는 이에 한정되는 것은 아니나 예를 들어 적어도 하나의 곡률 반경을 포함할 뿐만 아니라 항공기 운항 중에 또한 구부러지거나 휘는 항공기 날개와 같은 항공기 구성 요소이다. 더욱이, 반도체들(326)의 파우더 과립의 형태는 설치판(306 및 308)과 지지 구조체(504)의 굽음 및 휘어짐에 순응하는 굽은 및/또는 휘어진 반도체 층(310)을 가능하게 한다.

더욱이, 도 5는 TEG(502)에서 지지 구조체(504)에 마운트된 반도체들(326)의 하나의 층을 나타내지만, 반도체들(326)의 복수의 층들이 TEG(502)에 포함될 수 있음이 고려된다. 더욱 특별히, TEG(502) 적층은, 순서적으로 설치판(308), 전도성 접착제(330), 반도체들(326), 저항성 접착제(404), 전도성 접착제(330), 반도체들(326), 저항성 접착제(404), 전도성 접착제(330), 및 설치판(306)을 포함할 수 있다. TEG(502) 적층은 임의의 수의 반도체들(326), 저항성 접착제(404) 및 전도성 접착제(330) 층들을 포함할 수 있다. 더욱이, TEG(502)와 같은 적층에서, 제1 반도체 층(326)은 P형의 반도체들(326)을 포함할 수 있고 그리고 적층 내의 제2 반도체 층(326)은 N형의 반도체들을 포함할 수 있다. 선택적으로, 적층의 모든 반도체 층들(326)은 P형 또는 N형의 반도체들을 포함할 수 있다.

추가적으로, 하나의 실시예에서 설치판(308) 및 지지 구조체(504)가 분리된 구성 요소로서 나타나 있고, 설치판(308) 및 지지 구조체(304)가 일체형이고 전도성 접착제가 지지 구조체(304)에 직접 적용(도포)되어, 지지 구조체(504)는 설치판(308)으로서의 기능을 겸한다.

도 6은 (모두 도 1에 도시된) 예를 들어 TEG(102)와 같은 TEG를 포함하는, 예를 들어 TEG 시스템(100)과 같은 열전 발전기 시스템을 어셈블링하는 방법(600)에 관한 흐름도이다. 본 방법은(600)은 예를 들어 (도 1에 도시된) 반도체들(126)과 같은 복수의 파우더 과립의 반도체들을 예를 들어 (도 1에 도시된) 설치판(108)과 같은 제1 설치판에 적용하여, 예를 들어 (도 1에 도시된) 반도체 층(110)과 같은 반도체 층을 형성하는 단계(602)를 포함한다. 상기 기술된 것처럼, 반도체 층은 P형 반도체 또는 N형 반도체 중의 한 가지(타입)의 반도체들을 포함하므로, 반도체 층은 모두가 같은 타입의 반도체들을 포함한다.

본 방법(600)은 예를 들어 (도 1에 도시된) 절연성 물질(128)과 같은 절연성 물질을 적어도 하나의 제1 설치판의 예를 들어 (도 1에 도시된) 상부 표면(120)과 같은 상부 표면에 그리고 제2 설치판의 예를 들어 (도 1에 도시된) 바닥 표면(116)과 같은 바닥 표면에 적용하는 단계를 포함한다. 더욱 특별히, 절연성 물질은 예를 들어 (도 1에 도시된) 사이드 에지들(118)과 같은 제2 설치판의 가장 가까운 제1 복수의 사이드 에지들 및 예를 들어 (도 1에 도시된) 사이드 에지들(122)과 같은 제1 설치판의 가장 가까운 제2 복수의 사이드 에지들에 연결된다.

본 방법(600)은 또한 반도체 층이 제1 및 제2 설치판들 사이에 위치하도록 하는 제2 설치판을 반도체 층 위에 위치시키는 단계(606)를 포함한다. 그 다음에 제1 설치판은 제2 설치판에 연결되어(608) TEG 어셈블리(assembly)를 완성한다. 하나의 실시예에서, 연결하는 단계(608)는 예를 들어 (도 1에 도시된) 조임장치(130)와 같은 비전도성 및 절연된 조임장치를 사용하여 수행된다. 일단 어셈블링되면, 그 다음에 TEG는 예를 들어 (도 1에 도시된) 지지 구조체(104)와 같은 지지 구조체에 연결된다(610). 선택적으로, TEG 어셈블링 전에 제1 설치판은 지지 구조체에 연결된다(610). 상기 설명된 것처럼, (도 1에 도시된) 지지 구조체(104)와 같은 지지 구조체는 실질적으로 부드럽고 평면일 수 있고, 또는 (도 2에 도시된) 지지 구조체(204)와 같은 지지 구조체는 곡률 반경 또는 다른 불규칙한 형태를 포함할 수 있다.

도 7은 (모두 도 4에 도시된) TEG(402)와 같은 TEG를 포함하는 TEG 시스템(400)과 같은 선택적인 열전 발전기(TEG) 시스템을 어셈블링하는 방법(700)에 관한 흐름도이다. 본 방법(700)은 (모두 도 4에 도시된) 접착제(330)과 같은 전도성 접착제의 층(328)과 같은 제1 층을 설치판(308)과 같은 제1 설치판의 미리 정해진 영역에 적용(도포)하는 단계(702)를 포함한다. 그 다음에 (도 4에 도시된) 절연성 물질(440)과 같은 절연성 물질이 전도성 접착제의 주변부(periphery)에 관한 제1 설치판에 적용(도포)된다(704). 일단 절연성 물질과 전도성 접착제들이 적어도 부분적으로 세트되면, (도 4에 도시된) 반도체들(326)과 같은 복수의 파우더 과립의 반도체들이 전도성 접착제의 제1 층에 적용(도포)되어(706), (도 4에 도시된) 반도체 층(310)과 같은 반도체 층을 형성한다. 위에서 설명된 것처럼, 반도체 층은 P형 또는 N형 반도체들 중의 하나이기 때문에 반도체 층은 모두 같은 타입의 반도체들을 포함한다.

본 방법(700)은 (도 4에 도시된) 저항성 접착제(404)와 같은 저항성 접착제 층을 반도체 층에 적용(도포)하고(708) 그리고 일정 부분의 반도체들을 노출시키기 위해 일정 부분의 저항성 접착제를 분쇄하는 단계(710)를 포함한다. (도 4에 도시된) 제2 층(332)과 같은 전도성 접착제 상의 제2 층이 (도 4에 도시된) 설치판(306)과 같은 제2 설치판의 미리 정해진 영역에 적용(도포)된다. 본 방법(700)은 제1 및 제2 전도성 접착제 층들, 저항성 접착제 층, 및 반도체 층 모두가 이 사이에 샌드위치 되도록 하는 제2 설치판을 제1 설치판의 상부에 위치시키는 단계(714)를 또한 포함한다. 그 다음에 TEG 어셈블리를 완성하기 위해 접착제들을 사용하여 제1 설치판이 제2 설치판에 연결된다(716). 하나의 실시예에서, 연결하는 단계(716)는 (도 1에 도시된) 조임장치(130)와 같은 비전도성 및 절연성의 조임장치 중의 적어도 하나를 사용하여 수행된다. 일단 어셈블링되면, 그 다음에 TEG는 (도 4에 도시된) 지지 구조체(304)와 같은 지지 구조체에 연결된다(718). 선택적으로, TEG의 어셈블링 전에 제1 설치판이 지지 구조체에 연결된다(718). 위에 설명된 것처럼, (도 4에 도시된) 지지 구조체(304)와 같은 지지 구조체는 실질적으로 부드럽고 평면이고, 또는 지지 구조체는 (도 5에 도시된) 지지 구조체(504)와 같이 곡률 반경 또는 다른 불규칙한 형태를 포함할 수 있다.

본 발명에 개시된 실시예들은 폭넓게 다양한 애플리케이션들에서 사용되는 향상된 열전 발전기들을 개시한다. 본 발명에 개시된 실시예들은 싱글 타입만의 복수의 파우더 및/또는 과립의 반도체들 포함한다. 더욱 특별히, 반도체들 전부는 P형 또는 N형 중의 하나이므로, 열전 발전기는 한 타입의 반도체만을 포함한다. 반도체들은 판들을 함께 그리고 전도성 접착제를 누르는 적어도 하나의 기계적인 조임장치를 이용하여 상부 및 하부 설치판들과 병렬의 전기적인 통신으로 연결된다. 그렇기 때문에, 반도체들이 개별적으로 서로 간 또는 설치판들에 납땜되어야 한다는 조건이 없다. 따라서 향상된 열전 발전기는 알려진 방법들에 비하여 획기적으로 제조 시간 및 단가를 줄일 수 있다. 더욱이, 반도체들이 설치판들에 파우더로서 적용(도포)되기 때문에, 본 발명에 개시된 열전 발전기들은, 지지 구조체가 휘어짐 같은 불규칙한 형태이거나 돌출들(projections) 또는 침강들(depressions)과 같은 불규칙한 특징을 포함하는 애플리케이션에서 사용될 수 있다.

더 나아가, 본 발명은 다음의 항목들(clauses)에 따른 실시예들을 포함한다:

[항목 1]

제1 설치판(first mounting plate);

제2 설치판(second mounting plate); 및

상기 제1 및 제2 설치판 사이에 위치하여 반도체 층을 형성하는 복수의 반도체들을 포함하되,

상기 반도체 층은 P형 또는 N형 반도체들 중의 하나를 포함하는, 부하에 전력을 공급하기 위한 열전 발전기.

[항목 2]

제1 항목에 있어서,

각각의 반도체는 대략 0.001 mm 및 대략 4.0 mm 사이의 범위 내의 직경을 가지는 반도체들을 포함하는, 부하에 전력을 공급하기 위한 열전 발전기.

[항목 3]

제1 항목 또는 제2 항목에 있어서,

상기 제1 설치판을 상기 제2 설치판에 연결하도록 구성되는 적어도 하나의 기계적 조임장치(130)를 더 포함하는, 부하에 전력을 공급하기 위한 열전 발전기.

[항목 4]

제1 항목 내지 제3 항목 중 어느 한 항목에 있어서,

상기 제1 설치판은 상부 표면 및 제1 복수의 사이드 에지들을 포함하고 상기 제2 설치판은 바닥 표면 및 제2 복수의 사이드 에지들을 포함하되,

상기 제1 및 상기 제2 복수의 사이드 에지들에 가장 가까운 상기 상부 및 바닥 표면들 중의 적어도 하나에 적용되는 절연성 물질을 더 포함하는, 부하에 전력을 공급하기 위한 열전 발전기.

[항목 5]

제1 항목 내지 제4 항목 중 어느 한 항목에 있어서,

상기 제1 및 제2 설치판 중의 적어도 하나에 적용되는 전도성 접착제를 더 포함하는, 부하에 전력을 공급하기 위한 열전 발전기.

[항목 6]

제1 항목 내지 제5 항목 중 어느 한 항목에 있어서,

상기 제1 설치판에 적용되는 제1 전도성 접착제 층;

상기 제2 설치판에 적용되는 제2 전도성 접착제 층; 및

상기 제1 및 제2 전도성 접착제 사이에 연결되는 저항성 물질 층을 더 포함하는, 부하에 전력을 공급하기 위한 열전 발전기.

[항목 7]

제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항목에 있어서,

상기 제1 설치판(106)에 연결된 지지 구조체(104)를 더 포함하고,

상기 지지 구조체(104)는 상기 열전 발전기(102)가 곡률 반경에 기반하여 휘어지는 적어도 하나의 곡률 반경을 포함하는, 부하에 전력을 공급하기 위한 열전 발전기.

[항목 8]

제7 항에 있어서,

상기 제1 설치판(106)은,

상기 지지 구조체(104)와 일체형인, 부하에 전력을 공급하기 위한 열전 발전기.

[항목 9]

반도체 층은 P형 또는 N형 반도체들 중의 한 가지를 포함하고, 반도체 층을 형성하기 위해 복수의 반도체를 제1 설치판에 적용하는 단계;

반도체 층이 제1 및 제2 설치판 사이에 위치하게

제2 설치판을 위치시키는 단계; 및

제1 설치판을 제2 설치판에 연결하는 단계를 포함하는, 열전 발전기를 어셈블링하는 방법.

[항목 10]

제9 항목에 있어서,

복수의 반도체를 적용하는 단계는,

각각의 반도체는 대략 0.001 mm 및 대략 4.0 mm 사이의 범위 내의 직경을 포함하는 복수의 반도체들을 포함하는, 열전 발전기를 어셈블링하는 방법.

[항목 11]

제9 항목 또는 제10 항목에 있어서,

제1 설치판을 제2 설치판에 연결하는 단계는,

기계적인 조임장치를 사용하여 제1 설치판을 제2 설치판에 연결하는 단계를 포함하는, 열전 발전기를 어셈블링하는 방법.

[항목 12]

제9 항목 내지 제11 항목 중 어느 한 항목에 있어서,

제1 설치판은, 상부 표면 및 제1 복수의 사이드 에지들을 포함하고, 그리고 제2 설치판은 바닥 표면 및 제2 복수의 사이드 에지들을 포함하되,

절연성 물질을 제1 및 제2 복수의 사이드 에지들에 가장 가까운 상부 및 바닥 표면들 중의 적어도 하나에 적용하는 단계를 더 포함하는, 열전 발전기를 어셈블링하는 방법.

[항목 13]

제9 항목 내지 제12 항목 중 어느 한 항목에 있어서,

전도성 접착제를 제1 및 제2 설치판들 중의 적어도 하나에 적용하는 단계를 더 포함하는, 열전 발전기를 어셈블링하는 방법.

[항목 14]

제9 항목 내지 제13 항목 중 어느 한 항목에 있어서,

복수의 반도체들을 적용하는 단계는,

복수의 반도체들 및 비전도성 매체가 혼합된 것을 적용하는 단계를 포함하는, 열전 발전기를 어셈블링하는 방법.

[항목 15]

제9 항목 내지 제14 항목 중 어느 한 항목에 있어서,

제1 전도성 접착제 층을 제1 설치판에 적용하는 단계;

제2 전도성 접착제 층을 제2 설치판에 적용하는 단계; 및

제1 및 제2 전도성 접착제 층들 사이에 저항성 물질 층을 적용하는 단계를 포함하는, 열전 발전기를 어셈블링하는 방법.

[항목 16]

제9 내지 제15 항목 중 어느 한 항목에 있어서,

제1 설치판 및 제2 설치판 중의 적어도 하나를 지지 구조체에 연결하는 단계를 더 포함하는, 열전 발전기를 어셈블링하는 방법.

[항목 17]

지지 구조체; 및

상기 지지 구조체에 연결된 열전 발전기를 포함하되,

상기 열전 발전기는,

제1 설치판;

제2 설치판; 및

상기 제1 및 상기 제2 설치판들 사이에 위치되어 반도체 층을 형성하는 복수의 반도체들을 포함하고,

상기 반도체 층은 P형 또는 N형 반도체들 중의 하나를 포함하는, 열전 발전기 시스템.

[항목 18]

제17 항목에 있어서,

상기 제1 설치판에 적용(도포)되는 전도성 접착제의 제1 층;

상기 제2 설치판에 적용(도포)되는 전도성 접착제의 제2 층; 및

전도성 접착제의 상기 제1 및 상기 제2 층들 사이에서 연결되는 저항성 물질 층을 더 포함하는, 열전 발전기 시스템.

[항목 19]

제17 항목 또는 제18 항목에 있어서,

상기 지지 구조체는 항공기 구성 요소를 포함하는, 열전 발전기 시스템.

[항목 20]

제17 항목 내지 제19 항목 중 어느 한 항목에 있어서,

상기 지지 구조체는 적어도 하나의 곡률 반경을 포함하고 있어서 상기 열전 발전기는 곡률 반경에 기반하여 굽어진, 열전 발전기 시스템.

최고의 모드를 포함하여 다양한 실시예를 개시하고, 그리고 또한 기술 분야의 당업자가 제작 및 디바이스들 또는 시스템들의 사용 그리고 포함된 임의의 방법들을 수행하는 것을 포함하여 다양한 실시예를 실행하는 것을 가능하게 하기 위해, 본 발명에 관한 설명은 예시들을 사용한다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구항들에 의해 정해지고, 그리고 기술 분야에서의 당업자에게 일어날 수 있는 다른 예시들을 포함할 수 있다. 이러한 다른 예시들은, 만약 이들이 문자 언어상의 청구항들과 다르지 않은 구조적인 요소들을 포함하거나, 또는 만약 이들이 문자 언어상의 청구항들과의 대수롭지 않은 차이점들을 포함하는 동등한 구조적인 요소들을 포함한다면, 청구항들의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims

제1 설치판(first mounting plate)(106);
상기 제1 설치판(106)에 연결된 지지 구조체(104);
제2 설치판(second mounting plate)(108); 및
상기 제1 및 제2 설치판(106, 108) 사이에 위치하여 반도체 층(semiconductor layer)(110)을 형성하는 복수의 반도체들(126)로서, 복수의 반도체들이 파우더 과립 구조를 갖추고, 반도체 층이 싱글 타입의 반도체만을 포함하도록 복수의 반도체들은 오직 P형 또는 N형 반도체들(126) 중의 하나이고, 상기 복수의 반도체들의 각각이 상기 제1 및 제2 설치판에 전기적으로 병렬로 연결되는, 복수의 반도체들(126);을 포함하고,
상기 제2 설치판(108)이 상기 지지 구조체(104)의 바깥 표면(124)에 연결될 수 있도록 상기 제2 설치판(108)이 상기 제1 설치판(106)의 길이(L2)보다 긴 길이(L1)를 포함하고,
상기 제1 설치판(106)에 적용되는 전도성 접착제(330)의 제1 층(328)과 상기 제2 설치판(108)에 적용되는 전도성 접착제(330)의 제2 층(332)을 더 포함하고,
복수의 반도체들(126)은 전도성 접착제(330)의 제1 및 제2 층(328, 332) 사이에 연결되면서 제1 및 제2 설치판과는 접촉하지 않는 제1 반도체(334)와, 제1 및 제2 설치판 중 하나에만 접촉되면서 전도성 접착제(330)의 대향하는 제1 또는 제2 층(328, 332)과 접촉되는 제2 반도체(336), 및 전도성 접착제(330)의 제1 및 제2 층(328, 332)을 통과해서 연장되면서 제1 및 제2 설치판 모두에 접촉되는 제3 반도체(338)를 포함하는, 부하에 전력을 공급하기 위한 열전 발전기(102).
제1 항에 있어서,
각각의 반도체는 0.001 mm 및 4.0 mm 사이의 범위 내의 직경(diameter)을 포함하는, 부하에 전력을 공급하기 위한 열전 발전기(102).
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 제1 설치판(106)을 상기 제2 설치판(108)에 연결하도록 구성되는 적어도 하나의 기계적 조임장치(fastener)(130)를 더 포함하는, 부하에 전력을 공급하기 위한 열전 발전기(102).
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 제1 설치판(106)은 상부 표면(top surface)(114) 및 제1 복수의 사이드 에지들(side edges)을 포함하고 상기 제2 설치판(108)은 바닥 표면(bottom surface)(112) 및 제2 복수의 사이드 에지들(side edges)을 포함하되,
상기 제1 및 상기 제2 복수의 사이드 에지들에 가장 가까운 상기 상부 및 바닥 표면들(114, 112) 중의 적어도 하나에 적용되는(applied) 절연성 물질(insulating material)을 더 포함하는, 부하에 전력을 공급하기 위한 열전 발전기(102).
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 전도성 접착제(330)의 제1 및 제2 층(328, 332) 사이에 연결되는 저항성 물질(resistive material) 층을 더 포함하는, 부하에 전력을 공급하기 위한 열전 발전기(102).
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 지지 구조체(104)는 상기 열전 발전기(102)가 곡률 반경(radius of curvature)에 기반하여 굽어 있도록 하기 위한 적어도 하나의 곡률 반경을 포함하는, 부하에 전력을 공급하기 위한 열전 발전기(102).
제6 항에 있어서,
상기 제1 설치판(106)은,
상기 지지 구조체(104)와 일체형인, 부하에 전력을 공급하기 위한 열전 발전기(102).
반도체 층(110)을 형성하기 위해 복수의 반도체들(126)을 제1 설치판(106)에 적용하는 단계로서, 복수의 반도체들이 파우더 과립 구조를 갖추고, 반도체 층이 싱글 타입의 반도체만을 포함하도록 복수의 반도체들은 오직 P형 또는 N형 반도체들(126) 중의 하나이고, 상기 복수의 반도체들의 각각이 제1 및 제2 설치판에 전기적으로 병렬로 연결되는, 단계;
반도체 층(110)이 제1 및 제2 설치판(106, 108) 사이에 위치하도록 제2 설치판(108)을 위치시키는 단계; 및
제1 설치판(106)을 제2 설치판(108)에 연결하는 단계;를 포함하고,
상기 제2 설치판(108)이 지지 구조체(104)의 바깥 표면(124)에 연결될 수 있도록 상기 제2 설치판(108)이 상기 제1 설치판(106)의 길이(L2)보다 긴 길이(L1)를 포함하고,
전도성 접착제(330)의 제1 층(328)을 제1 설치판(106)에 적용하는 단계와 전도성 접착제(330)의 제2 층(332)을 제2 설치판(108)에 적용하는 단계를 더 포함하고,
복수의 반도체들(126)은 전도성 접착제(330)의 제1 및 제2 층(328, 332) 사이에 연결되면서 제1 및 제2 설치판과는 접촉하지 않는 제1 반도체(334)와, 제1 및 제2 설치판 중 하나에만 접촉되면서 전도성 접착제(330)의 대향하는 제1 또는 제2 층(328, 332)과 접촉되는 제2 반도체(336), 및 전도성 접착제(330)의 제1 및 제2 층(328, 332)을 통과해서 연장되면서 제1 및 제2 설치판 모두에 접촉되는 제3 반도체(338)를 포함하는, 열전 발전기(102)를 어셈블링하는 방법.
제8 항에 있어서,
복수의 반도체(126)를 적용하는 단계는,
각각의 반도체가 0.001 mm 및 4.0 mm 사이의 범위 내의 직경(diameter)을 포함하는 복수의 반도체(126)들을 적용하는 단계를 포함하는, 열전 발전기(102)를 어셈블링하는 방법.
제8 항 또는 제9 항에 있어서,
제1 설치판(106)을 제2 설치판(108)에 연결하는 단계는,
기계적인 조임장치(130)를 사용하여 제1 설치판(106)을 제2 설치판(108)에 연결하는 단계를 포함하는, 열전 발전기를 어셈블링하는 방법.
제8 항 또는 제9 항에 있어서,
제1 설치판(106)은, 상부 표면(114) 및 제1 복수의 사이드 에지들을 포함하고, 그리고 제2 설치판(108)은 바닥 표면(112) 및 제2 복수의 사이드 에지들을 포함하되,
절연성 물질을 제1 및 제2 복수의 사이드 에지들에 가장 가까운 상부 및 바닥 표면들(114, 112) 중의 적어도 하나에 적용하는 단계를 더 포함하는, 열전 발전기를 어셈블링하는 방법.
제8 항 또는 제9 항에 있어서,
복수의 반도체들(126)을 적용하는 단계는,
복수의 반도체들(126) 및 비전도성 매체가 혼합된 것을 적용하는 단계를 포함하는, 열전 발전기를 어셈블링하는 방법.
제8 항 또는 제9 항에 있어서,
전도성 접착제(330)의 제1 및 제2 층(328, 332) 사이에 저항성 물질 층을 적용하는 단계를 포함하는, 열전 발전기를 어셈블링하는 방법.