KR20220040128A - 열전 모듈 및 이를 포함하는 발전 장치 - Google Patents

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KR20220040128A
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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 유체이동부; 상기 유체이동부 상에 배치된 열전 모듈; 상기 유체이동부 상에 배치되고, 상기 열전 모듈과 이격된 가이드부; 및 상기 열전 모듈 상에 배치된 실드부재;를 포함하고, 상기 가이드부는 일부가 상기 실드부재와 수직 방향으로 중첩된 열전 장치를 개시한다.

Description

열전 모듈 및 이를 포함하는 발전 장치{THERMOELECTRIC MODULE AND POWER GENERATING APPARATUS COMPRISING THE SAME}
본 발명은 열전 모듈 및 이를 포함하는 발전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전 소자의 저온부와 고온부 간 온도 차를 이용하는 열전 모듈 및 이를 포함하는 발전 장치, 또는 유체 등의 특정 대상을 냉각 또는 가열하는 열전 장치(특히, 제벡 장치)에 관한 것이다.
열전현상은 재료 내부의 전자(electron)와 정공(hole)의 이동에 의해 발생하는 현상으로, 열과 전기 사이의 직접적인 에너지 변환을 의미한다.
열전 소자는 열전현상을 이용하는 소자를 총칭하며, P형 열전 재료와 N형 열전 재료를 금속 전극들 사이에 접합시켜 PN 접합 쌍을 형성하는 구조를 가진다.
열전 소자는 전기저항의 온도 변화를 이용하는 소자, 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제벡 효과를 이용하는 소자, 전류에 의한 흡열 또는 발열이 발생하는 현상인 펠티에 효과를 이용하는 소자 등으로 구분될 수 있다.
열전 소자는 가전제품, 전자부품, 통신용 부품 등에 다양하게 적용되고 있다. 예를 들어, 열전 소자는 냉각용 장치, 온열용 장치, 발전용 장치 등에 적용될 수 있다. 이에 따라, 열전 소자의 열전성능에 대한 요구는 점점 더 높아지고 있다.
최근, 자동차, 선박 등의 엔진으로부터 발생한 고온의 폐열 및 열전 소자를 이용하여 전기를 발생시키고자 하는 니즈가 있다.
이때, 열전 소자의 저온부 측에 제1 유체가 통과하는 유체이동부가 배치되고, 열전 소자의 고온부 측에 히트싱크(heatsink)가 배치되며, 제2 유체가 히트싱크를 통과할 수 있다. 이에 따라, 열전 소자의 저온부와 고온부 간 온도 차에 의하여 전기가 생성될 수 있다.
본 발명의 실시예는 열전 소자의 저온부와 고온부 간 온도 차를 이용하여 발전을 수행하는 열전 모듈 및 이를 포함하는 발전 장치를 제공하는 것이다.
또한, 크기가 커지더라도 내습성이 개선된 열전 모듈 및 이를 포함하는 발전 장치를 제공할 수 있다.
또한, 발전 성능 향상을 위핸 열전 모듈의 나란히 길게 배치된 열전 모듈 및 이를 포함하는 발전 장치를 제공할 수 있다.
실시 예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전 장치는 유체이동부; 상기 유체이동부 상에 배치된 열전 모듈; 상기 유체이동부 상에 배치되고, 상기 열전 모듈과 이격된 가이드부; 및 상기 열전 모듈 상에 배치된 실드부재;를 포함하고, 상기 가이드부는 일부가 상기 실드부재와 수직 방향으로 중첩된다.
상기 가이드부는 상기 실드부재와 수직 방향으로 중첩되는 영역에 배치된 홈부를 포함할 수 있다.
상기 가이드부는, 중앙부; 및 상기 중앙부를 기준으로 이격 배치된 지지부;를 포함하고, 상기 가이드부의 홈부는 상기 지지부의 상면에 배치될 수 있다.
상기 실드부재는 복수 개로 제1 방향으로 서로 이격 배치되고, 상기 중앙부는 인접한 상기 복수 개의 실드부재 사이에 배치되고, 상기 지지부는 상기 복수 개의 실드부재 하부에 배치될 수 있다.
상기 유체이동부는 제1 방향으로 연장된 홈부를 포함하고, 상기 유체이동부의 홈부 상에 배치된 제1 실링부재; 및 상기 가이드부와 상기 실드부재 사이에 배치된 제2 실링부재;를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 실링부재는 상기 가이드부의 홈부, 상기 지지부의 상면 및 상기 지지부의 상면과 접하는 상기 중앙부의 측면에 배치될 수 있다.
상기 제2 실링부재는 상기 지지부의 상면과 상기 유체이동부의 홈부 사이로 경사진 상기 지지부의 측면으로 연장되고, 상기 가이드부의 홈부는 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 연장되고, 상기 제1 방향은 복수 개의 열전 모듈 또는 복수 개의 실드부재가 배열된 방향에 대응할 수 있다.
상기 제1 실링부재는 상기 제2 실링부재와 접하고, 상기 중앙부의 상기 제2 방향으로 길이는 복수의 홈부 간의 상기 제2 방향으로 길이보다 크고, 상기 중앙부는 적어도 일부가 상기 유체이동부의 홈부와 수직 방향으로 중첩될 수 있다.
상기 중앙부의 상기 제2 방향으로 길이는 상기 지지부의 상기 제2 방향으로 길이보다 클 수 있다.
상기 가이드부의 홈부는 상기 유체이동부의 홈부 내측에 배치될 수 있다.
상기 실드부재는 복수의 실드홀을 포함하고, 상기 열전 모듈은, 상기 유체이동부의 일면에 접하는 열전 소자; 및 상기 열전 소자 상에 배치된 히트싱크;를 포함하고, 상기 히트싱크는 상기 복수의 실드홀을 관통할 수 있다.
상기 실드부재는 상기 열전 모듈과 수직 방향으로 중첩된 제1 부; 상기 열전 모듈과 상기 수직 방향으로 어긋나는 제2 부; 및 상기 제1 부와 상기 제2 부를 연결하는 단차부;를 포함하고, 상기 제2 부는 상기 제1 부보다 상기 유체이동부의 일면에 더 인접할 수 있다.
상기 열전 모듈와 상기 실드부재 사이에 배치된 제3 실링부재;를 더 포함하고, 상기 제3 실링부재는 상기 제1 실링부재와 이격될 수 있다.
상기 열전 소자는 상기 유체이동부의 일면과 접하는 제1 기판; 상기 제1 기판과 이격 배치된 제2 기판; 상기 제1 기판 상에 배치된 제1 전극; 상기 제2 기판 하부에 배치된 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 복수의 열전 레그;를 포함하고, 상기 제3 실링부재는 상기 제2 기판의 가장자리와 상기 실드홀의 가장자리 사이에 배치되고 상기 제1 기판과 상기 수직 방향으로 중첩될 수 있다.
상기 실드홀의 면적은 상기 제2 기판의 면적보다 작을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 조립이 간단하면서도 발전성능이 우수한 발전 장치를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 크기가 커짐에도 내습성이 향상된 열전 모듈 및 이를 포함하는 발전 장치를 구현할 수 있다.
특히, 실드부재 및 실링부재를 가짐으로써 열전 모듈이 수분, 열 또는 기타 오염물질로부터 보호되는 열전 모듈 및 이를 포함하는 발전 장치를 제공할 수 있다.
또한, 단위 면적 당 발전 효율이 높은 열전 모듈 및 이를 포함하는 발전 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치의 사시도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치의 분해사시도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치의 유체이동부의 사시도이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치의 유체이동부의 다른 사시도이고,
도 5는 도 1에서 AA"로 절단된 단면이고,
도 6 및 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자를 도시한 도면이고,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치에 포함되는 열전 모듈의 사시도이고,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치에 포함되는 열전 모듈의 제1 기판의 상면도이고,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치에 포함되는 유체이동부의 한 면에 복수의 열전 모듈이 배치된 상면도이고,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치에 포함되는 커버부재의 사시도이고,
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치 및 발전 장치에 결합된 커버부재를 도시한 도면이고,
도 13은 도 12에서 BB"로 절단된 단면도이고,
도 14 및 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치에 포함되는 가이드부의 사시도이고,
도 16은 도 14에서 CC'로 바라본 도면이고,
도 17은 도 14에서 DD'로 절단된 단면도이고,
도 18 및 도 19는 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치에서 실드부재의 결합을 설명하는 도면이고,
도 20은 도 19에서 EE"로 절단된 단면도이고,
도 21은 도 19에서 K1의 확대도이고,
도 22는 도 21에서 FF"로 절단된 단면도이고,
도 23은 도 19에서 K2의 확대도이고,
도 24는 도 23에서 GG'로 절단된 단면도이고,
도 25 및 도 26은 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치에 포함되는 더미모듈의 사시도이고,
도 27 및 도 28은 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치에서 실드부재의 결합을 설명하는 도면이고,
도 29는 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치에서 제1 실링부재, 제2 실링부재 및 제3 실링부재의 위치를 설명하는 도면이고,
도 30은 도 29에서 K3의 확대도이고,
도 31은 도 29에서 HH'로 절단된 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 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 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, 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 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
먼저, 본 발명의 열전 장치(또는 발전 장치)는 열전 모듈로 이루어진 발전 시스템 등에 이용될 수 있다. 예컨대, 발전 장치(열전 장치로 열전 모듈 또는 열전 소자를 포함함)는 유체가 이동하는 경로 또는 관을 포함할 수 있다. 그리고 열전 소자의 저온부 및 고온부 간 온도 차에 따라 발전 장치는 다양하게 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치의 분해사시도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 열전 장치(1000)(또는 '발전 장치')는 유체이동부(1100), 열전 모듈(1200), 커버부재(1300), 가이드부(1400), 더미모듈(1500), 실드부재(1600), 고정부재(1700), 케이스(1800)를 포함한다. 나아가, 실시예에 따른 열전 장치(1000)는 열전 모듈(1200)과 전기적으로 연결된 전선을 더 포함할 수 있으며, 후술하는 바와 같이 각 구성요소 간의 결합을 위한 체결부재로 나사 등의 다양한 요소를 더 포함할 수 있다. 또한, 실시예에 따른 열전 장치(1000)는 복수 개일 수 있고, 소정 간격으로 이격 배치되며, 나란히(예로, 평행)하게 배치되어 발전 시스템을 이룰 수도 있다.
그리고 실시예에 따른 열전 장치(1000)는 유체이동부(1100)의 내부를 통해 흐르는 제1 유체 및 유체이동부(1100)의 외부를 통과하는 제2 유체 간의 온도 차를 이용하여 열전 모듈(1200)을 통해 전력을 생산할 수 있다.
구체적으로, 유체이동부(1100) 내로 유입되는 제1 유체는 물일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 냉각 성능이 있는 다양한 종류의 유체(예로, 기체 등을 포함)일 수 있다. 또한, 유체이동부(1100)로 유입되는 제1 유체의 온도는 100℃미만, 바람직하게는 50℃미만, 더욱 바람직하게는 40℃미만일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니고, 제2 유체보다 낮은 온도를 갖는 유체일 수 있다. 유체이동부(1100)를 통과한 후 배출되는 제1 유체의 온도는 유체이동부(1100)로 유입되는 제1 유체의 온도보다 높을 수 있다.
제1 유체는 유체이동부(1100)의 일측에 배치된 유체 유입구로부터 유입되어 일측에 마주하는 타측에 배치된 유체 배출구를 통하여 배출될 수 있다. 제1 유체의 유입 및 배출을 용이하게 하고, 유체이동부(1100)를 지지하기 위하여, 유체이동부(1100)의 유체 유입구 측 및 유체 배출구 측에는 각각 유입구 플랜지(JI) 및 배출구 플랜지(미도시)가 더 배치될 수 있다.
한편, 제2 유체는 유체이동부(1100)의 외부, 예를 들어 유체이동부(1100)의 외부에 배치된 열전 모듈(1200)의 히트싱크 통과할 수 있다. 제2 유체는 자동차, 선박 등의 엔진으로부터 발생하는 폐열일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 제2 유체의 온도는 100℃이상, 바람직하게는 200℃이상, 더욱 바람직하게는 220℃내지 250℃일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니고, 제1 유체의 온도보다 높은 온도를 갖는 유체일 수 있다.
본 명세서에서, 유체이동부(1100)의 내부를 통해 흐르는 제1 유체의 온도는 유체이동부(1100)의 외부에 배치된 열전 모듈(1200)의 히트싱크(1220)를 통과하는 제2 유체의 온도보다 낮은 것을 예로 들어 설명한다. 이에 따라, 본 명세서에서, 유체이동부(1100)는 덕트 또는 냉각부라 지칭될 수 있다. 다만, 본 발명의 실시예에서는 이로 제한되는 것은 아니며, 유체이동부(1100)의 내부를 통해 흐르는 제1 유체의 온도는 유체이동부(1100)의 외부에 배치된 열전 모듈(1200)의 히트싱크(1220)를 통과하는 제2 유체의 온도보다 높을 수도 있다.
또한, 본 명세서에서, 제1 유체는 제1 방향(X축 방향)으로 이동하고, 유체이동부(1100)의 유로도 제1 방향으로 연장될 수 있다. 그리고 제2 방향(Y축 방향)은 제1 방향(X축 방향)에 수직한 방향으로 제2 유체의 이동 방향에 대응할 수 있다. 그리고 제3 방향(Z축 방향)은 수직 방향으로 제1 방향(X축 방향) 및 제2 방향(Y축 방향)에 모두 수직한 방향일 수 있다. 제3 방향(Z축 방향)은 수직 방향과 혼용될 수 있으며, 유체이동부(1100)를 기준으로 하부의 열전 모듈에서 상부의 열전 모듈을 향한 방향에 대응할 수 있다.
열전 모듈(1200)은 유체이동부(1100) 상에 배치될 수 있다. 그리고 열전 모듈(1200)은 복수 개일 수 있으며, 유체이동부(1100)의 일면 즉, 상면과 하면에 각각 배치될 수 있다. 여기서, 상면은 제3 방향 또는 수직 방향에 배치된 외측면을 의미하고, 하면은 제3 방향의 반대 방향에 배치된 외측면 의미한다. 나아가, 열전 모듈(1200)은 유체이동부(1100)를 기준으로 서로 대응되게 위치할 수 있다. 예컨대, 유체이동부(1100) 하부의 열전 모듈(1200)은 유체이동부(1100) 상부의 열전 모듈(1200)과 제3 방향(Z축 방향)으로 중첩될 수 있다. 이하에서는 구체적인 설명이 없는 한 유체이동부(1100)의 상면을 기준으로 열전 모듈(1200), 커버부재(1300), 가이드부(1400), 더미모듈(1500), 실드부재(1600) 및 케이스(1800)를 설명한다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈(1200)은 열전 소자 및 열전 소자 상에 배치된 히트싱크를 포함할 수 있다. 이에, 열전 모듈(1200)은 상술한 바와 같이 제1 유체와 제2 유체의 온도 차에 의해 발생한 제벡 효과로 전기를 생성할 수 있다. 이러한 열전 모듈(1200)의 열전 소자는 도 6 내지 도 7에 예시된 열전 소자의 구조를 가질 수 있다. 자세한 설명은 후술한다.
열전 모듈(1200)은 유체이동부(1100)의 상면과 하면에 배치되며 복수 개일 수 있다. 예컨대, 도 2와 같이 열전 모듈(1200)은 제1 열전 모듈(1200-1) 내지 제12 열전 모듈(1200-12)을 포함할 수 있다. 이와 같이 열전 모듈(1200)은 12개인 것으로 도시하나, 이는 예시이며 이러한 개수에 제한되지 않는다.
그리고 가이드부(1400) 또는 실드부재(1600)에 대응하여 6개의 열전 모듈(예로, 1200-1 내지 1200-6)이 하나의 제1 열전 모듈 그룹(1200a)을 이루고, 제1 방향(X축 방향)으로 이격 배치된 6 개의 열전 모듈(예로, 1200-7 내지 1200-12)이 또 하나의 제2 열전 모듈 그룹(1200b)을 이룰 수 있다. 이하에서는 6개의 열전 모듈이 하나의 실드부재(예로, 1600-1)에 의해 실딩되는 것을 기준으로 설명한다. 다만, 상술한 바와 같이 열전 모듈(1200)의 개수는 실드부재(1600)의 크기, 유체이동부(1100)의 크기 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
그리고 본 명세서에서 제1 방향(X축 방향)은 복수 개의 열전 모듈(1200)의 배치 방향과 대응할 수 있다. 즉, 복수 개의 열전 모듈(1200)은 제1 방향(X축 방향)으로 중첩되도록 나란히 배치될 수 있다.
후술하는 바와 같이, 열전 모듈(1200)의 열전 소자는 유체이동부(1100)에 접촉하도록 배치된 제1 기판, 제1 기판 상에 배치된 복수의 제1 전극, 복수의 제1 전극 상에 배치된 복수의 열전 레그, 복수의 열전 레그 상에 배치된 복수의 제2 전극 및 복수의 제2 전극 상에 배치된 제2 기판을 포함하며, 제2 기판 상에 히트싱크가 배치된다. 그리고, 제1 기판과 복수의 제1 전극 사이 및 복수의 제2 전극과 제2 기판 사이에는 각각 절연층이 더 배치될 수 있다.
그리고 유체이동부(1100) 상에 배치되는 열전 소자의 제1 기판은 금속 기판일 수 있고, 금속 기판은 유체이동부(1100)의 표면과 열전달물질(thermal interface material, TIM, 미도시)에 의하여 접착될 수 있다. 금속 기판은 열전달 성능이 우수하므로, 열전 소자와 유체이동부(1100) 간의 열전달이 용이하다. 또한, 금속 기판과 유체이동부(1100)가 열전달 물질(thermal interface material, TIM)에 의하여 접착되면, 금속 기판과 유체이동부(1100) 간의 열전달이 방해 받지 않을 수 있다. 여기서, 금속 기판은 구리 기판, 알루미늄 기판 및 구리-알루미늄 기판 중 하나일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 이러한 열전 소자에 대한 자세한 설명은 후술한다.
복수의 열전 모듈(1200) 각각은 생산되는 전기를 외부로 추출, 또는 제벡 효과로부터 생성된 전기를 제공하기 위한 커넥터를 포함할 수 있다.
이 때, 커버부재(1300)는 열전 모듈(1200)의 커넥터 상에 배치될 수 있다. 이에, 커버부재(1300)는 열전 모듈(1200)의 커넥터를 보호할 수 있다.
또한, 커버부재(1300)는 열전 모듈(1200) 및 유체이동부(1100)와 스크류, 나사 및 접합 부재 등에 의해 결합함으로써, 유체이동부(1100)와 열전 모듈(1200) 간의 결합력을 향상시킬 수 있다. 나아가, 커버부재(1300)는 접합 부재, 나사 등을 통해 유체이동부(1100) 및 실드부재(1600)와 결합함으로써 실드부재(1600), 커버부재(1300), 열전 모듈(1200) 및 유체이동부(1100) 간의 결합력도 향상시킬 수 있다.
커버부재(1300)는 열전 모듈(1200)에서 열전 소자의 제1 기판 상에 배치될 수 있다. 예컨대, 커버부재(1300)는 열전 소자의 제1 기판이 제2 기판과 중첩되지 않는 영역(이하 제2 영역에 대응) 상에 배치될 수 있다. 그리고 제1 기판이 제2 기판과 중첩되지 않는 영역 상에 열전 모듈의 커넥터 및 커버부재(1300)가 배치될 수 있다.
또한, 커버부재(1300)는 열전 모듈(1200)에 대응하여 복수 개일 수 있다. 예컨대, 열전 장치(1000)에서 커버부재(1300)의 개수는 열전 모듈의 개수와 동일할 수 있다. 예컨대, 복수 개의 커버부재는 제1 커버부재(1300-1) 내지 제12 커버부재(1300-12)를 포함할 수 있으며 제1 방향(X축 방향)으로 중첩될 수 있다. 예를 들어, 커버부재(1300)는 제1 커버부재 그룹(1300a)과 제2 커버부재 그룹(1300b)을 포함할 수 있다. 그리고 제1 커버부재 그룹(1300a)은 제1 커버부재(1300-1) 내지 제6 커버부재(1300-6)를 포함하고, 제2 커버부재 그룹(1300b)은 제7 커버부재(1300-7) 내지 제12 커버부재(1300-12)를 포함할 수 있다. 또한, 복수 개의 커버부재(1300)도 열전 모듈과 마찬가지로 유체이동부(1100)를 기준으로 대칭되게 배치될 수 있다. 즉, 커버부재(1300)는 유체이동부(1100)의 상면 상에 또는 하면에 배치될 수 있다.
가이드부(1400)는 제1 열전 모듈 그룹(1200a)과 제2 열전 모듈 그룹(1200b) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 가이드부(1400)는 인접한 열전 모듈 또는 인접한 열전 모듈 그룹 사이에 배치될 수 있다.
나아가, 실시예에 따른 가이드부(1400)는 인접한 커버부재(1300) 사이 또는 인접한 커버부재 그룹 사이에 배치될 수 있다. 또한, 가이드부(1400)는 인접한 실드부재(1600) 사이에 배치될 수 있다.
구체적으로, 가이드부(1400)는 적어도 일부가 인접한 실드부재(1600) 사이에 그리고 다른 일부가 실드부재(1600) 하부에 위치할 수 있다. 이에 따라, 가이드부(1400)는 일부가 실드부재(1600) 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 이로써, 가이드부는 실드부재(1600) 지지하며 유체이동부(1100)와 시드부재(1600) 간의 이격된 간격을 보상함으로써 제2 실링부재의 수직 방향으로 높이가 작더라도 실링 효과를 효과적으로 제공할 수 있다. 나아가, 제2 실링부재의 수직 방향으로 높이가 커짐에 따라 발생하는 공극 등의 구조도 억제할 수 있다. 이와 같이, 가이드부(1400)는 인접한 실드부재(1600-1, 1600-2) 사이의 경계에 배치되어 실드부재 각각마다 복수의 열전 모듈(1200) 또는 열전 모듈 그룹에 대한 실링이 수행될 수 있다. 예컨대, 가이드부(1400)는 이격된 제1 실드부재(1600-1)와 제2 실드부재(1600-2) 사이로 수분 또는 오염 물질이 각 실드부재 하부의 열전 모듈로 침투하지 않도록 실드부재(1600)와 유체이동부(1100) 사이의 공간을 밀폐할 수 있다. 나아가, 가이드부(1400)는 후술하는 제2 실링부재의 도포를 용이하게 함으로써 제2 실링부재에 의한 실링으로 열전 장치(1000)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
더미모듈(1500)은 유체이동부(1100) 상면 및 하면에 배치될 수 있다. 또한, 더미모듈(1500)은 유체이동부(1100)의 제1 방향(X축 방향)으로 단부측에 배치될 수 있다. 예컨대, 유체이동부(1100)의 상면 상에서 2개의 더미모듈(1500)은 제1 방향(X축 방향)으로 이격 배치되고, 2개의 더미모듈(1500) 사이에는 복수 개의 열전 모듈(1200)이 배치될 수 있다.
이러한 더미모듈(1500)은 커넥터에 연결된 전선을 외부 등으로 가이드할 수 있는 홈 또는 홀을 포함할 수 있다.
또한, 더미모듈(1500)은 실드부재(1600)와 적어도 일부 제3 방향(Z축 방향)으로 중첩될 수 있다. 예컨대, 상기 중첩되는 영역에 제2 실링부재가 도포되어, 더미모듈(1500)은 제2 실링부재를 통해 실드부재(1600)와 결합할 수 있다. 본 명세서에서, 제2 실링부재는 제2-1 실링부재와 제2-2 실링부재를 포함하며, 제2-1 실링부재는 상술한 가이드부에 의해 가이드되는 실링부재이고, 제2-2 실링부재는 더미모듈(1500)과 적어도 일부 수직 방향으로 중첩되는 실링부재를 의미한다. 다만 본 명세서에서는 제2 실링부재로 설명하며 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.
이로써, 제1 실링부재와 제2 실링부재는 실드부재(1600)의 가장자리를 따라 배치될 수 있다. 실시예로, 제1 실링부재는 제2 실링부재와 적어도 일부 연결될 수 있다. 예컨대, 실드부재(1600)의 가장자리에서 제1 실링부재와 제2 실링부재는 서로 접함으로써 폐루프를 형성할 수 있다. 이에, 실드부재(1600)가 제1 방향으로 길이가 증가할수록 공정 상의 한계가 존재하며 열 또는 가압에 의해 휘어짐이 증가하여 열 불균형이 발생하므로, 실드부재(1600)는 복수 개로 제1 방향을 따라 나란히 배치될 수 있다. 이에, 제1 방향으로 인접한 실드부재(1600) 사이에 이격 공간이 공정 상 필연적으로 발생하므로 제1 실링부재와 제2 실링부재가 실드부재(1600)의 가장자리에 접함으로써 하나의 실드부재(1600) 내의 열전 모듈에 대한 보호가 이루어질 수 있다. 예컨대, 실드부재(1600) 하부의 열전 모듈(1200)에 대해 수분 또는 오염 물질에 의한 한 보호가 용이하게 이루어질 수 있다.
실드부재(1600)는 유체이동부(1100)의 상부 또는 하부에 배치될 수 있다. 상술한 바와 같이 실드부재(1600)는 유체이동부(1100)를 기준으로 대칭으로 배치될 수 있다.
또한, 실드부재(1600)는 복수 개로, 유체이동부(1100)의 상면 상에서 제1 방향(X축 방향)으로 이격 배치될 수 있다. 인접한 실드부재(1600) 예로, 제1 실드부재(1600-1)와 제2 실드부재(1600-2) 사이에는 이격 공간이 존재하며, 이격 공간에는 가이드부(1400)의 일부가 배치될 수 있다.
또한, 실드부재(1600)는 적어도 하나의 열전 모듈(1200) 또는 열전 모듈 그룹을 덮을 수 있다. 이 때, 실드부재(1600)는 열전 모듈(1200)의 히트싱크에 대응하여 실드홀을 포함할 수 있다. 즉, 히트싱크는 실드부재(1600)의 실드홀을 관통할 수 있다.
실드부재(1600)는 유체이동부(1100), 가이드부(1400), 더미모듈(1500)과 결합하며, 제1 실링부재 및 제2 실링부재에 의해 서로 실드부재(1600) 하부 즉 열전 모듈이 보호될 수 있다. 또한, 실드부재(1600)는 열전 소자의 제2 기판과 제3 실링부재에 의해 결합되며, 제3 실링부재는 제2 기판과 실드부재(1600) 사이로 침투하는 오염 물질 등을 차단할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술한다.
고정부재(1700)는 유체이동부(1100)의 제2 방향(Y축 방향)으로 마주하는 면에 배치될 수 있다. 고정부재(1700)는 복수 개일 수 있다. 고정부재(1700)의 개수는 실드부재(1600)의 개수와 동일할 수 있다.
또한 고정부재(1700)는 리세스를 포함하며, 리세스에 유체이동부(1100)와 실드부재(1600)가 위치할 수 있다. 즉, 고정부재(1700)는 유체이동부(1100)와 실드부재(1600) 간의 결합력을 향상시킬 수 있다. 나아가, 외부의 오염줄질이 실드부재(1600)와 유체이동부(1100)로 침투하는 것을 1차적으로 차단할 수 있다. 또한, 추가적으로, 리세스에는 베어링 또는 실링부재가 더 배치될 수도 있다. 이러한 고정부재(1700)는 예컨대 'ㄷ' 형상을 가질 수 있다.
케이스(1800)는 더미모듈(1500)을 둘러싸도록 유체이동부(1100) 상부의 더미모듈(1500) 상부에 또는 유체이동부(1100) 하부의 더미모듈(1500) 하부에 배치될 수 있다. 케이스(1800)는 상부 또는 하부의 더미모듈(1500)을 둘러쌀 수 있다. 그리고 케이스(1800)의 적어도 일부는 실드부재(1600)와 제3 방향(Z축 방향)으로 중첩될 수 있다. 이에, 케이스(1800)는 더미모듈(1500) 및 실드부재(1600)를 보호할 수 있다.
이하에서, 상술한 각 구성요소에 대해 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치의 유체이동부의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치의 유체이동부의 다른 사시도이고, 도 5는 도 1에서 AA"로 절단된 단면이다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 실시예에 따른 유체이동부(1100)는 수직 방향 또는 제3 방향(Z축 방향)으로 서로 대향(opposite)하는 상면(1110)과 하면(1120)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유체이동부(1100)의 일면에 복수의 열전 모듈(1200), 복수의 커버부재, 복수의 가이드부, 복수의 더미모듈, 실드부재 등이 배치될 수 있다. 예컨대, 열전 모듈(1200)의 하부 기판인 제1 기판이 유체이동부(1100)의 일면(예로, 상면 또는 하면)에 배치될 수 있다. 제1 기판은 유체이동부(1100)의 일면과 열전달 물질(thermal interface material, TIM) 등을 통하여 간접 접촉하도록 배치될 수 있다.
또한, 유체이동부(1100)는 제1 방향(X축 방향)으로 대향하는 유입면(1130)과 배출면(1140)을 포함할 수 있다. 그리고 유체이동부(1100)는 제1 방향(X축 방향)으로 연장된 유체홀(1100h)을 포함할 수 있다. 유체홀(1100h)의 일측에 배치된 유입면(1130)으로 제1 유체가 인입되고, 유체홀(1100h)의 타측에 배치된 배출면(1140)으로 제1 유체가 배출될 수 있다. 유입면(1130)과 배출면(1140)의 위치는 서로 바뀔 수도 있다.
그리고 유입면(1130)에는 상술한 바와 같이 유입구 플랜지(JI)가 배치될 수 있다. 또한, 배출면(1140)에는 배출구 플랜지(미도시)가 배치될 수 있다. 유입구 플랜지(JI)와 배출구 플랜지는 홀(Jh)을 포함할 수 있다. 유입구 플랜지(JI)와 배출구 플랜지의 홀(Jh)은 제1 방향(X축 방향)으로 연장될 수 있다. 그리고 유입구 플랜지(JI)는 유체이동부(1100)의 유체홀(1100h)에 대응하게 위치할 수 있다. 예컨대, 유입구 플랜지(JI)와 배출구 플랜지의 홀(Jh)은 유체이동부(1100)의 유체홀(1100h)과 제1 방향(X축 방향)으로 중첩되게 배치될 수 있다. 이로써, 유입구 플랜지(JI)의 홀(Jh)을 통해 제1 유체가 유입되면, 제1 유체가 유입구 플랜지(JI)의 홀(Jh)을 지나 유체홀(1100h)로 이동할 수 있다. 그리고 유체홀(110h)을 지난 제1 유체는 배출구 플랜지의 홀을 통해 배출될 수 있다. 유입구 플랜지(JI)와 배출구 플랜지의 홀(Jh)의 면적은 유체홀(1100h)의 면적(예로, 제1 방향에 수직한 단면적(YZ평면)과 상이할 수 있다. 예컨대, 유입구 플랜지(JI)와 배출구 플랜지의 홀(Jh)의 면적은 유체홀(1100h)의 면적보다 작을 수 있다. 또한, 유입구 플랜지(JI)와 배출구 플랜지의 홀(Jh)의 개수는 유체홀(1100h)의 개수와 상이할 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것이며, 유체의 유입구 및 유체 배출구에서 홀의 개수, 위치, 형상 등이 이로 제한되는 것은 아니다. 유체이동부(1100)에는 하나의 유체 유입구, 하나의 유체 배출구 및 이를 연결하는 유체 통과 관이 형성될 수도 있다.
또한, 유체이동부(1100)는 수직 방향으로 연장되는 복수의 제1 체결홀(S1, S2)을 포함할 수 있다. 복수의 제1 체결홀(S1, S2)을 통해 유체이동부(1100)는 열전 모듈 및 더미모듈과 결합할 수 있다. 이로써, 유체이동부(1100)의 상면(1110) 상에 배치되는 열전 모듈과 하면(1120) 하부에 배치되는 열전 모듈이 서로 대향할 수 있다. 이로써, 온도차에 의한 발전 및 발전 제어가 용이하게 이루어질 수 있다.
나아가, 복수의 제1 체결홀(S1, S2)은 유체홀(1100h)과 수직 방향으로 중첩되지 않을 수 있다. 이로써, 제1 유체에 의하여 제1 체결홀(S1, S2)에 배치된 스크류 등의 손상 등을 용이하게 방지하고, 유체이동부(1100)와 열전 모듈 또는 더미모듈 간의 결합력이 향상될 수 있다.
또한, 실시예에 따른 유체이동부(1100)에서 상면(1110) 또는 하면(1120)에 제2 방향(Y축 방향)으로 이격 배치된 복수의 홈부(1100g)를 포함할 수 있다. 예컨대, 유체이동부(1100)의 상면(1110)에는 제2 방향(Y축 방향)으로 이격 배치된 홈부(1100g1)(예로, 상부 홈부)가 배치될 수 있다. 또한, 유체이동부(1100)에서 하면(1120)에는 제2 방향(Y축 방향)으로 이격 배치된 홈부(1100g2)(예로, 하부 홈부)가 배치될 수 있다.
유체이동부(1100)의 상부에서 홈부(1100g1)는 복수 개일 수 있다. 예컨대, 홈부(1100g1)는 제2 방향(Y축 방향)으로 서로 이격 배치되는 제1-1 홈(1100g1a)과 제1-2 홈(1100g1b)을 포함할 수 있다. 제1-1 홈(1100g1a)과 열전 모듈(예로, 히트싱크)과의 제2 방향(Y축 방향)으로 최소 이격 거리는 제1-2 홈(1100g1b)와 열전 모듈(예로, 히트싱크)과의 제2 방향(Y축 방향)으로 최소 이격 거리와 상이할 수 있다. 예컨대, 제1-1 홈(1100g1a)과 열전 모듈(예로, 히트싱크)과의 제2 방향(Y축 방향)으로 최소 이격 거리는 제1-2 홈(1100g1b)와 열전 모듈(예로, 히트싱크)과의 제2 방향(Y축 방향)으로 최소 이격 거리보다 작을 수 있다. 이에 따라, 후술하는 제1,2 커넥터부와 전선을 배치하기 위한 공간을 용이하게 확보할 수 있다.
또한, 유체이동부(1100)의 하부에서 홈부(1100g2)는 복수 개일 수 있다. 예컨대, 홈부(1100g2)는 제2 방향(Y축 방향)으로 서로 이격 배치되는 제2-1 홈(1100g2a)과 제2-2 홈(1100g2b)을 포함할 수 있다.
그리고 실시예에 따른 유체이동부(1100)의 홈부(1100g) 사이에는 제1 체결홀(S1, S2)이 배치될 수 있다. 다시 말해, 실시예에 따른 유체이동부(1100)의 홈부(1100g) 사이에는 열전 모듈 및 더미 모듈이 배치될 수 있다. 위치 상으로, 열전 모듈(1200)의 외측에 유체이동부(1100)의 홈부(1100g)가 배치될 수 있다. 이로써, 후술하는 바와 같이 유체이동부(1100)의 홈부(1100g)에 제1 실링부재가 도포되어 실드부재와 접합함으로써 외측으로부터 유입되는 오염 물질의 침투로부터 열전 모듈을 용이하게 보호할 수 있다. 본 명세서에서 내측은 유체이동부(1100)의 외측에서 중심을 향한 방향이고, 외측은 유체이동부(1100)의 중심에서 외측을 향한 방향일 수 있다. 유체이동부(1100)의 중심은 무게 중심 또는 각 모서리를 이등분하는 선의 교점 등일 수 있다.
또한, 유체이동부(1100)는 수직 방향으로 연장되는 복수의 제2 체결홀(S3)을 더 포함할 수 있다. 제2 체결홀(S3)을 통해 유체이동부(1100)는 실드부재 및 고정부재와 나사 결합 등에 의해 서로 결합할 수 있다.
도 5를 참조하면, 실시예에 따른 실드부재(1600)는 열전 모듈(1200)과 수직 방향으로 중첩되는 제1 부(P1), 열전 모듈(1200)과 수직 방향으로 어긋나는 제2 부(P2), 및 제1 부(P1)와 제2 부(P2) 사이에서 제1 부(P1)와 제2 부(P2)를 연결하는 단차부(P3)를 포함할 수 있다.
제1 부(P1)에는 실드홀이 배치되고, 실드홀을 통해 히트싱크(1220)가 관통할 수 있다. 이에 대한 설명은 후술한다.
그리고 제1 부(P1)의 하부에는 열전 소자(1210) 및 커버부재(1300)가 위치할 수 있다. 제1 부(P1)는 커버부재(1300) 상에서 추가적인 단차 영역을 가질 수 있다.
제2 부(P2)는 열전 모듈(1200)과 수직 방향으로 어긋나게 배치되고, 유체이동부(1100)의 일면(예로, 상면)과 접할 수 있다. 즉, 제2 부(P2)는 유체이동부(1100)의 일면(예로, 상면)에 제1 부(P1)보다 인접하게 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 부(P1)와 유체이동부(1100)의 상면 간의 수직 방향으로 거리는 제2 부(P2)와 유체이동부(1100)의 상면 간의 수직 방향으로 거리보다 클 수 있다. 실시예로, 유체이동부(1100)의 수직 방향으로 높이는 열전 모듈(1200)의 수직 방향으로 높이보다 작으므로, 열전 모듈(1200)이 유체이동부(1100) 내측 또는 홈 내에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 부(P1)는 유체이동부(1100)의 일면(예로, 상면)으로부터 높이가 제2 부(P2)의 유체이동부(1100)의 일면(예로, 상면)으로부터 높이보다 작음으로써 열전 모듈의 공간을 용이하게 확보할 수 있다.
단차부(P3)는 제1 부(P1)와 제2 부(P2) 사이에 배치될 수 있다. 단차부(P3)는 제1 부(P1) 및 제2 부(P2)와 접할 수 있다. 그리고 단차부(P3)는 제2 부(P2)에 대하여 소정의 각도(θ1, θ2)로 경사질 수 있다. 그리고 소정의 각도(θ1, θ2)는 서로 상이할 수 있다. 예컨대, 커버부재(1300)와 보다 인접한 제2 부(P2)와 단차부(P3) 간의 각도(θ2, 예로 제2 각도)가 커버부재(1300)와 이격된 제2 부(P2)와 단차부(P3) 간의 각도(θ1, 예로 제1 각도)와 상이할 수 있다. 제1 각도(θ1)는 제2 각도(θ2)보다 작을 수 있다. 이로써, 제1 부(P1) 하부에서 커버부재(1300)가 배치될 수 있는 공간을 용이하게 확보할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 실드부재(1300)의 유체에 대한 저항력이 증가할 수 있다. 이에 따라, 실드부재(1300) 상에서 유체의 이동이 저하되어 유체와 실드부재(1300)를 관통한 열전 모듈의 히트싱크와의 열교환이 증가할 수 있다. 이로써, 실시예에 따른 열전 장치의 에너지 효율이 향상될 수 있다.
또한, 제2 부(P2)는 열전 모듈(1200) 또는 제1 부(P1) 외측에 위치할 수 있다. 예컨대, 실드부재(1600)에서 제2 방향(Y축 방향)으로 순차로 제2 부(P2), 단차부(P3), 제1 부(P1), 단차부(P3), 및 제2 부(P2)가 배치될 수 있다.
그리고 실시예에 따른 홈부(1100g)는 실드부재(1600)의 적어도 일부와 수직 방향(Z축 방향)으로 중첩될 수 있다. 예컨대, 상부 홈부(1100g1)와 하부 홈부(1100g2)는 제2 부(P2) 및 단차부(P3) 중 적어도 하나와 수직 방향(Z축 방향)으로 중첩될 수 있다. 실시예로, 유체이동부(1100)의 홈부(1100g)는 제2 부(P2)와 단차부(P3) 간의 경계면 하부에 위치할 수 있다. 경계면은 열전 모듈(1200) 외측에 배치될 수 있다. 이에, 홈부(1100g)에 제1 실링부재(SL1)가 도포되는 경우, 제1 실링부재(SL1)가 제2 부(P2) 및 단차부(P3)에 모두 접하여 제2 부(P2)와 유체이동부(1100) 사이에 빈 공간을 용이하게 제거할 수 있다. 예컨대, 제1 실링부재(LS1)가 제2 부(P2) 및 단차부(P3)에 모두 접하여 제2 부(P2)가 제1 실링부재(SL1)를 외측에서 누름으로써 제1 실링부재(SL1)의 내측이 상부를 향해 볼록해질 수 있다. 이에 따라, 제1 실링부재(SL1)가 단차부(P3)의 저면에 전체적으로 접하고, 저면을 따라 용이하게 상부로 연장될 수 있다. 이로써, 제1 실링부재(SL1)에 의해 실드부재(1600)와 유체이동부(1100) 간의 결합력이 개선될 수 있다. 또한, 실드부재(1600)와 유체이동부(1100) 사이 특히 제2 부(P2)와 유체이동부(1100)사이로 침투할 수 있는 오염 물질, 수분 등이 제1 실링부재(SL1)에 의해 차단될 수 있다. 나아가, 제1 실링부재(SL1)가 열전 모듈로 넘치는 것을 억제할 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자를 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 열전 소자(100)는 제1 기판(110), 제1 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 제2 전극(150) 및 제2 기판(160)을 포함한다.
제1 전극(120)은 제1 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 하부 바닥면 사이에 배치되고, 제2 전극(150)은 제2 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 상부 바닥면 사이에 배치된다. 이에 따라, 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)는 제1 전극(120) 및 제2 전극(150)에 의하여 전기적으로 연결된다. 제1 전극(120)과 제2 전극(150) 사이에 배치되며, 전기적으로 연결되는 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 단위 셀을 형성할 수 있다.
예를 들어, 리드선(181, 182)을 통하여 제1 전극(120) 및 제2 전극(150)에 전압을 인가하면, 펠티에 효과로 인하여 P형 열전 레그(130)로부터 N형 열전 레그(140)로 전류가 흐르는 기판은 열을 흡수하여 냉각부로 작용하고, N형 열전 레그(140)로부터 P형 열전 레그(130)로 전류가 흐르는 기판은 가열되어 발열부로 작용할 수 있다. 또는, 제1 전극(120) 및 제2 전극(150) 간 온도 차를 가해주면, 제벡 효과로 인하여 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 내 전하가 이동하며, 전기가 발생할 수도 있다.
여기서, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te)을 주원료로 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. P형 열전 레그(130)는 안티몬(Sb), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, P형 열전 레그(130)는 전체 중량 100wt%에 대하여 주원료물질인 Bi-Sb-Te를 99 내지 99.999wt%로 포함하고, 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 0.001 내지 1wt%로 포함할 수 있다. N형 열전 레그(140)는 셀레늄(Se), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, N형 열전 레그(140)는 전체 중량 100wt%에 대하여 주원료물질인 Bi-Se-Te를 99 내지 99.999wt%로 포함하고, 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 0.001 내지 1wt%로 포함할 수 있다.
P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 벌크형 또는 적층형으로 형성될 수 있다. 일반적으로 벌크형 P형 열전 레그(130) 또는 벌크형 N형 열전 레그(140)는 열전 소재를 열처리하여 잉곳(ingot)을 제조하고, 잉곳을 분쇄하고 체거름하여 열전 레그용 분말을 획득한 후, 이를 소결하고, 소결체를 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다. 이때, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 다결정 열전 레그일 수 있다. 이와 같이, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 다결정 열전 레그인 경우, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 강도가 높아질 수 있다. 적층형 P형 열전 레그(130) 또는 적층형 N형 열전 레그(140)는 시트 형상의 기재 상에 열전 소재를 포함하는 페이스트를 도포하여 단위 부재를 형성한 후, 단위 부재를 적층하고 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다.
이때, 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 동일한 형상 및 체적을 가지거나, 서로 다른 형상 및 체적을 가질 수 있다. 예를 들어, P형 열전 레그(130)와 N형 열전 레그(140)의 전기 전도 특성이 상이하므로, N형 열전 레그(140)의 높이 또는 단면적을 P형 열전 레그(130)의 높이 또는 단면적과 다르게 형성할 수도 있다.
이때, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 원통 형상, 다각 기둥 형상, 타원형 기둥 형상 등을 가질 수 있다.
본 명세서에서, 열전 레그는 열전 구조물, 반도체 소자, 반도체 구조물 등으로 지칭될 수도 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자의 성능은 열전성능 지수(figure of merit, ZT)로 나타낼 수 있다. 열전성능 지수(ZT)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
여기서, α는 제벡계수[V/K]이고, σ는 전기 전도도[S/m]이며, α2σ는 파워 인자(Power Factor, [W/mK2])이다. 그리고, T는 온도이고, k는 열전도도[W/mK]이다. k는 a·cp·ρ로 나타낼 수 있으며, a는 열확산도[cm2/S]이고, cp 는 비열[J/gK]이며, ρ는 밀도[g/cm3]이다.
열전 소자의 열전성능 지수를 얻기 위하여, Z미터를 이용하여 Z 값(V/K)을 측정하며, 측정한 Z값을 이용하여 열전성능 지수(ZT)를 계산할 수 있다.
여기서, 제1 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 제1 전극(120), 그리고 제2 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 제2 전극(150)은 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함하며, 0.01mm 내지 0.3mm의 두께를 가질 수 있다. 제1 전극(120) 또는 제2 전극(150)의 두께가 0.01mm 미만인 경우, 전극으로서 기능이 떨어지게 되어 전기 전도 성능이 낮아질 수 있으며, 0.3mm를 초과하는 경우 저항의 증가로 인하여 전도 효율이 낮아질 수 있다.
그리고, 상호 대향하는 제1 기판(110)과 제2 기판(160)은 금속 기판일 수 있으며, 그 두께는 0.1mm~1.5mm일 수 있다. 금속 기판의 두께가 0.1mm 미만이거나, 1.5mm를 초과하는 경우, 방열 특성 또는 열전도율이 지나치게 높아질 수 있으므로, 열전 소자의 신뢰성이 저하될 수 있다. 또한, 제1 기판(110)과 제2 기판(160)이 금속 기판인 경우, 제1 기판(110)과 제1 전극(120) 사이 및 제2 기판(160)과 제2 전극(150) 사이에는 각각 절연층(170)이 더 형성될 수 있다. 절연층(170)은 1~20W/mK의 열전도도를 가지는 소재를 포함할 수 있다. 이때, 절연층(170)은 에폭시 수지 및 실리콘 수지 중 적어도 하나와 무기물을 포함하는 수지 조성물이거나, 실리콘과 무기물을 포함하는 실리콘 복합체로 이루어진 층이거나, 산화알루미늄층일 수 있다. 여기서, 무기물은 알루미늄, 붕소, 규소 등의 산화물, 질화물 및 탄화물 중 적어도 하나일 수 있다.
이때, 제1 기판(110)과 제2 기판(160)의 크기는 다르게 형성될 수도 있다. 즉, 제1 기판(110)과 제2 기판(160) 중 하나의 체적, 두께 또는 면적은 다른 하나의 체적, 두께 또는 면적보다 크게 형성될 수 있다. 여기서, 두께는 제1 기판(110)으로부터 제2 기판(160)을 향하는 방향에 대한 두께일 수 있으며, 면적은 제1 기판(110)으로부터 제2 기판(160)을 향하는 방향에 수직하는 방향에 대한 면적일 수 있다. 이에 따라, 열전 소자의 흡열 성능 또는 방열 성능을 높일 수 있다. 바람직하게는, 제1 기판(110)의 체적, 두께 또는 면적은 제2 기판(160)의 체적, 두께 또는 면적 중 적어도 하나 보다 더 크게 형성될 수 있다. 이때, 제1 기판(110)은 제벡 효과를 위해 고온영역에 배치되는 경우, 펠티에 효과를 위해 발열영역으로 적용되는 경우 또는 후술할 열전 소자의 외부환경으로부터 보호를 위한 실링제 등이 제1 기판(110) 상에 배치되는 경우에 제2 기판(160) 보다 체적, 두께 또는 면적 중 적어도 하나를 더 크게 할 수 있다. 이때, 제1 기판(110)의 면적은 제2 기판(160)의 면적 대비 1.2 내지 5배의 범위로 형성할 수 있다. 제1 기판(110)의 면적이 제2 기판(160)에 비해 1.2배 미만으로 형성되는 경우, 열전달 효율 향상에 미치는 영향은 높지 않으며, 5배를 초과하는 경우에는 오히려 열전달 효율이 현저하게 떨어지며, 열전 모듈의 기본 형상을 유지하기 어려울 수 있다.
또한, 제1 기판(110)과 제2 기판(160) 중 적어도 하나의 표면에는 방열 패턴, 예를 들어 요철 패턴이 형성될 수도 있다. 이에 따라, 열전 소자의 방열 성능을 높일 수 있다. 요철 패턴이 P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)와 접촉하는 면에 형성되는 경우, 열전 레그와 기판 간의 접합 특성도 향상될 수 있다.
도시되지 않았으나, 제1 기판(110)과 제2 기판(160) 사이에는 실링부재가 더 배치될 수도 있다. 실링부재는 제1 기판(110)과 제2 기판(160) 사이에서 제1 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140) 및 제2 전극(150)의 측면에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140) 및 제2 전극(150)은 외부의 습기, 열, 오염 등으로부터 실링될 수 있다.
상술한 실시예에 따른 열전 소자(100)에 따른 설명은 본 발명의 실시예에 따른 열전 장치의 열전 모듈 또는 열전 소자의 구성 요소에 적용될 수 있다. 이하 이에 대한 설명은 후술한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치에 포함되는 열전 모듈의 사시도이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치에 포함되는 열전 모듈의 제1 기판의 상면도이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치에 포함되는 유체이동부의 한 면에 복수의 열전 모듈이 배치된 상면도이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 열전 모듈(1200)은 열전 소자(1210)와 열전 소자(1210) 상에 배치되는 히트싱크(1220)를 포함할 수 있다.
열전 소자(1210)는 도 6 및 도 7에서 설명한 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 예컨대, 열전 소자(1210)는 유체이동부(1100)의 일면(상면 또는 하면)과 접하는 제1 기판(1212), 제1 기판(1212)과 수직 방향으로 이격된 제2 기판(예로, 상부 기판, 1214), 제1 기판(1212)과 제2 기판(1214) 사이에 배치된 복수의 제1 전극, 복수의 열전 레그, 복수의 제2 전극을 포함할 수 있다. 이 때, 제1 기판(1212), 복수의 제1 전극, 복수의 열전 레그, 복수의 제2 전극, 제2 기판(1214)은 도 6 및 도 7에서 설명한 복수의 제1 전극(120), 복수의 열전 레그(130, 140), 복수의 제2 전극(150) 및 제2 기판(160)에 각각 대응하므로 상술한 내용이 적용될 수 있다.
실시예에 따른 열전 소자(1210)에서 제1 기판(1212)은 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 영역(A1)에는 복수의 제1 전극, 복수의 열전 레그, 복수의 제2 전극, 제2 기판 및 히트싱크(1220)가 배치될 수 있다. 그리고 제2 영역(A2)은 제1 영역(A1)의 일측에 위치하고, 제1 전극에 연결된 제1,2 커넥터(210, 220)가 배치될 수 있다. 제1,2 커넥터(210, 220)은 전선과의 연결을 용이하게 하고 직렬 또는 병렬 등 전기적 연결 방식을 용이하게 변경하기 위하여 복수 개일 수 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 유체이동부(1100)와 열전 모듈(1200)은 나사 등의 체결 부재에 의하여 서로 결합될 수 있다. 이를 위하여, 유체이동부(1100)의 상면(1110)에는 상술한 바와 같이 제1 체결홀이 형성되고, 열전 모듈(1200)에서 제1 기판(1212)의 제1 영역(A1)에도 복수의 제1 관통홀(1200h1)이 형성될 수 있다. 복수의 제1 체결홀과 복수의 제1 관통홀(1200h1)은 서로 대응되게 위치할 수 있다. 예컨대, 복수의 제1 체결홀과 복수의 제1 관통홀(1200h1)은 수직 방향으로 중첩될 수 있다.
또한, 제1 관통홀(1200h1)은 제1 기판(1212)뿐만 아니라, 열전 모듈(1200)의 제2 기판(미도시) 및 히트싱크(1220)에도 형성될 수 있다. 이러한 제1 관통홀(1200h1)을 통해 열전 모듈(1200)과 유체이동부(1100)가 나사 등에 의해 체결될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 유체이동부(1100)의 상면(1110)에는 복수의 제2 관통홀(1200h2)이 더 형성될 수 있다. 제2 관통홀(1200h2)은 제1 기판(1212)의 제2 영역(A2)에 위치할 수 있다. 제2 관통홀(1200h2)은 상술한 제2 체결홀에 대응하게 위치할 수 있다. 예컨대, 제2 관통홀(1200h2)은 제2 체결홀과 수직 방향으로 중첩될 수 있다.
그리고 상술한 바와 같이 제1 기판(1212)의 제2 영역(A2)에는 커버부재(1300)가 배치되므로, 제2 관통홀(1200h2)을 통해 커버부재(1300), 열전 모듈(1200) 및 유체이동부(1100)가 체결 부재(예로, 나사 등)에 의해 서로 결합할 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 열전 모듈(1200)의 제1 기판(1212)의 제1 영역(A1)뿐만 아니라 제2 영역(A2)도 유체이동부(1100)에 결합될 수 있으므로, 열전 모듈(1200)의 제1 기판(1212) 전체에 대하여 유체이동부(1100)와 고른 접합력을 가질 수 있으며, 제1 기판(1212) 전체에 대하여 열이 고르게 분포될 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치에 포함되는 커버부재의 사시도이고, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치 및 발전 장치에 결합된 커버부재를 도시한 도면이고, 도 13은 도 12에서 BB"로 절단된 단면도이다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 실시예에 따른 커버부재(1300)는 열전 모듈(1200)에서 제1 기판(1212)의 제2 영역(A2)과 수직 방향으로 중첩되도록 배치될 수 있다. 즉, 커버부재(1300)는 열전 모듈(1200)의 제2 영역(A2) 상에 배치되어 제2 영역(A2)에 배치되는 제1,2 커넥터(210, 220)을 둘러싸고, 제1,2 커넥터(210, 220)와 전기적으로 연결되는 전선(미도시됨)을 둘러쌀 수 있다.
또한, 커버부재(1300)는 제1 체결홀을 통해 열전 모듈(1200) 및 유체이동부(1100)와 결합할 수 있다. 이러한 결합 시, 체결 토크가 향상될 수 있다. 이에 따르면, 진동 조건 하에서도 열전 모듈(1200)이 유체이동부(1100)에 더욱 견고하게 부착될 수 있다.
이때, 커버부재(1300)의 제1 방향(X축 방향)으로 길이는 제1 기판(1212)의 제1 방향(X축 방향)으로 길이와 동일할 수 있다. 예를 들어, 커버부재(1300)의 제1 방향(X축 방향)으로 길이는 커버부재(1300)가 배치되는 제1 기판(1212)의 제1 방향(X축 방향)으로 길이의 0.9 내지 1배, 바람직하게는 0.925 내지 1배, 더욱 바람직하게는 0.95 내지 1배일 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 커버부재(1300)가 제1 기판(1212)의 제1 방향으로 길이 전체에 대하여 가압하므로, 제1 기판(1212)의 변형 또는 이탈을 방지할 수 있다.
또한, 커버부재(1300)는 상면(1310)에 배치되는 상면홈(1310g)을 포함할 수 있다. 상면홈(1310g)에는 실링제가 도포될 수 있다. 이에 따라, 커버부재(1300)의 상면(1310)과 커버부재(1300) 상의 실드부재(1600) 간의 접합 및 밀봉이 이루어질 수 있다. 이로써, 실드부재(1600)와 커버부재(1300) 사이로 침투하는 이물질, 습기 등이 차단될 수 있다. 따라서 열전 모듈(1200)의 전기적 안정성 등이 개선될 수 있다.
또한, 커버부재(1300)는 복수 개의 커버홀(1300h)을 포함할 수 있다. 커버홀(1300h)은 상술한 열전 모듈의 제2 관통홀에 대응하게 위치할 수 있다. 즉, 커버홀(1300h)은 제2 관통홀과 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 또한, 제2 관통홀은 유체이동부의 제1 체결홀과 대응되게 위치할 수 있다. 따라서, 제1 체결홀, 제2 관통홀, 커버홀(1300h)은 수직 방향으로 중첩될 수 있으며, 이에 따라 체결 부재에 의해 유체이동부(1100), 열전 모듈(1200) 및 커버부재(1300)가 결합될 수 있다.
그리고 커버홀(1300h)은 커버부재(1300)의 양측에 형성되어, 제1 기판(121)의 제2 영역(A2)의 양측을 균형있게 지지할 수 있으며, 제1 기판(1212)의 열 변형을 방지할 수 있다. 이때, 하나의 커버부재(1300) 내 두 개의 커버홀(1300h) 간 간격은 열전 모듈(1200)에서 두 개의 제1 관통홀 간의 간격보다 클 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 커버부재(1300)가 제1 기판(1212)의 제2 영역(A2)의 양측을 균일하고 균형있게 지지할 수 있다.
또한, 커버부재(1300)의 하면(1320)에는 제1 커버홈(1300g1) 및 제2 커버홈(1300g2)이 배치될 수 있다. 제2 커버홈(1300g2)은 제1 커버홈(1300g1)에 위치하여, 제1 커버홈(1300g1)과 수직 방향으로 중첩될 수 있다.
제1 커버홈(1300g1)은 제1 방향(X축 방향)으로 연장되며, 제1 기판(1212)의 커버홀(1310h)과 제2 방향(Y축 방향)으로 이격 배치될 수 있다. 이러한 제1 커버홈(1300g1)에는 도선 및 제1,2 커넥터(210, 220)가 위치할 수 있다. 그리고 도선은 인접한 복수의 커버부재(1300)의 제1 커버홈(1300g1)을 따라 배치되어 인접한 열전 모듈(1200) 간의 전기적 연결이 이루어질 수 있다.
실시예로, 제1 커버홈(1300g1)은 제1 기판(1212)의 제2 영역(A2)과 수직 방향으로 중첩되며, 특히 제1,2 커넥터(210, 220)과도 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 특히, 제2 커버홈(1300g2)은 제1,2 커넥터(210, 220)에 대응하여 위치할 수 있다. 예컨대, 제2 커버홈(1300g2)은 제1,2 커넥터(210, 22)과 수직 방향으로 중첩될 수 있다.
나아가, 제2 커버홈(1300g2)에 의해 제1,2 커넥터(210, 220)과 제2 커버홈(1300g2)의 저면 간의 갭 영역(GP)이 존재할 수 있다. 이로써, 제1,2 커넥터(210, 220)를 보호하면서 동시에 크기에 대한 호환성이 향상될 수 있다.
또한, 커버부재(1300)는 이격된 커버홀(1300h) 사이에 배치되는 복수의 제3 커버홈(1300g3)을 포함할 수 있다. 복수의 제3 커버홈(1300g3)의 높이(수직 방향으로 길이)는 제1 커버홈(1300g1)과 제2 커버홈(1300g2)의 높이와 상이할 수 있다. 예컨대, 복수의 제3 커버홈(1300g3)의 높이(수직 방향으로 길이)는 제1 커버홈(1300g1)과 제2 커버홈(1300g2)의 높이보다 작을 수 있다.
또한, 제3 커버홈(1300g3)에 제1 기판(1212)과 커버부재(1300) 간의 체결을 용이하게 하는 접합부재가 도포될 수 있다. 이에 따라, 커버부재(1300)와 열전 모듈(1200) 특히, 제1 기판(1212) 간의 결합력이 향상될 수 있다.
또한, 커버부재(1300)는 제1 기판(1212) 상에서 제2 영역(A2)에 배치되고 상술한 바와 같이 커버홀(1300h)을 통해 유체이동부(1100)와 결합되므로, 제2 영역(A2)에서 유체이동부(1100)와 제1 기판(1212) 간의 들뜸 현상이 억제될 수 있다.
그리고 실시예에 따른 커버부재(1300)는 절연성 소재, 예를 들어 플라스틱 소재를 포함할 수 있다. 이에 따르면, 체결부재의 헤드가 커버부재(1300)에 접촉하므로, 금속을 포함하는 제1 기판(1212)과 체결부재의 헤드가 절연될 수 있고, 열전 모듈(1200)의 내전압 성능을 높일 수 있다.
또한, 커버부재(1300)가 플라스틱 소재를 포함할 경우, 커버부재(1300)를 다양한 크기 및 형상으로 용이하게 성형할 수 있다. 더욱 구체적으로, 커버부재(1300)는 PPS(polyphenylene sulfide) 등과 같이 고온에서 적용 가능한 플라스틱 소재일 수 있다. 이에 따르면, 고온인 제2 유체에 의하여 커버부재(1300)의 형상이 변형되는 문제를 방지할 수 있다.
또한, 실드부재(1600)의 제1 부(P1)는 제1-1 부(P1-1)와 제1-2 부(P1-2)를 포함할 수 있다. 제1-1 부(P1-1)는 열전 모듈(1200)의 제1 영역과 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 그리고 제1-2 부(P1-2)는 열전 모듈(1200)의 제2 영역(A2)과 수직 방향으로 중첩 수 있다. 제1-2 부(P1-2) 하부에는 상술한 커버부재 및 제1,2 커넥터가 배치될 수 있다. 또한, 제1-1 부(P1-1)는 유체이동부(1100)의 상면(1110)으로부터 수직 방향으로 높이(hb)가 제1-2 부(P1-2)와 유체이동부(1100)의 상면(1110) 간의 수직 방향으로 높이(ha)보다 작을 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 실드부재는 제1 부의 높이차를 통해 상술한 바와 같이 단차부의 경사각도가 증가할 수 있다. 이에 따라, 제1-2 부(P1-2)에 의한 유체의 열 저항이 증가하여 유체가 제1 부(P1) 상에서 보다 긴 시간 동안 머무를 수 있다. 이로써, 실시예에 따른 열전 장치의 열 효율이 향상될 수 있다. 나아가, 제1,2 커넥터(210, 220)와 전선을 위한 공간 확보가 용이하게 이루어질 수 있다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치에 포함되는 가이드부의 사시도이고, 도 16은 도 14에서 CC'로 바라본 도면이고, 도 17은 도 14에서 DD'로 절단된 단면도이다.
도 14 내지 도 17을 참조하면, 실시예에 따른 열전 장치에서 가이드부(1400)는 인접한 실드부재 사이에 배치될 수 있다. 이에, 가이드부(1400)는 실드부재와 적어도 일부 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 또한, 가이드부(1400)는 인접한 열전 모듈 그룹 사이에 배치될 수 있다. 예컨대, 가이드부(1400)는 인접한 열전 모듈 그룹과 제1 방향(X축 방향)으로 이격 배치될 수 잇다.
보다 구체적으로, 가이드부(1400)는 중앙부(1410), 및 중앙부(1410)와 접하며 중앙부(1410)에 대해 제1 방향(X축 방향)으로 이격 배치된 지지부(1420)를 포함할 수 있다. 지지부(1420)는 중앙부(1410)와 접하며 중앙부(1410)의 측면에서 제1 방향(X축 방향)으로 또는 제1 방향(X축 방향)에 반대 방향으로 연장될 수 있다.
중앙부(1410)는 가이드부(1400)에서 제1 방향(X축 방향)으로 이등분선 상에 위치할 수 있다. 중앙부(1410)는 가이드부(1400)의 중심에 배치되고, 이격된 2개의 지지부(1420)는 중앙부(1410)를 기준으로 서로 대칭으로 배치될 수 있다. 예컨대, 중앙부(1410)는 인접한 실드부재 사이에 배치될 수 있다. 이에, 가이드부(1400)는 상부의 실드부재에 대한 지지력이 중앙부(1410)를 기준으로 일측에 집중되지 않고 균형있게 가해질 수 있다. 따라서 가이드부(1400)의 신뢰성이 개선될 수 있다.
그리고 중앙부(1410)는 제2 방향(Y축 방향)으로 길이(La)가 유체이동부의 상면에 이격 배치된 홈부 간의 제2 방향(Y축 방향)으로 길이보다 클 수 있다. 이에, 중앙부(1410)는 적어도 일부가 유체이동부의 홈부와 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 이로써, 중앙부(1410)는 지지부(1420) 상의 제2 실링부재가 유체이동부의 홈부로 연장되도록 가이드할 수 있다. 나아가, 지지부(1420)는 제2 방향(Y축 방향)으로 길이가 유체이동부의 상면에 이격 배치된 홈부 간의 제2 방향(Y축 방향)으로 길이보다 작을 수 있다. 이로써, 지지부(1420) 상면에 배치된 제2 실링부재가 지지부(1420)의 경사진 측면으로 연장될 수 있다. 나아가, 지지부(1420)의 경사진 측면에 의해 제2 실링부재가 측면을 따라 가이드되어 하부에 위치한 유체이동부의 홈부로 용이하게 연장될 수 있다. 이로써, 제2 실링부재와 제1 실링부재의 연결이 용이하게 이루어질 수 있다. 즉, 실드부재의 가장자리 특히 절곡된 부분에서 제1 실링부재 및 제2 실링부재에 의한 실링 효과가 향상될 수 있다.
그리고 지지부(1420)는 중앙부(1410)의 측면에 접할 수 있다. 중앙부(1410)의 수직 방향으로 높이(H1)는 지지부(1420)의 수직 방향으로 높이(H2)와 상이할 수 있다. 중앙부(1410)의 수직 방향으로 높이(H1)는 지지부(1420)의 수직 방향으로 높이(H2)보다 클 수 있다.
또한, 지지부(1420)의 제2 방향(Y축 방향)으로 길이(La)는 중앙부(1410)의 제2 방향(Y축 방향)으로 길이(Lb)와 상이할 수 있다. 지지부(1420)의 제2 방향(Y축 방향)으로 길이(La)는 중앙부(1410)의 제2 방향(Y축 방향)으로 길이(Lb)보다 작을 수 있다. 이로써, 중앙부(1410)는 제2 실링부재를 중앙부(1410)의 측면을 따라 상술한 지지부(1420)의 경사진 측면으로 용이하게 가이드할 수 있다.
이에 따라, 중앙부(1410)는 지지부(1420) 대비 제2 방향(Y축 방향) 및 수직 방향으로 돌출된 구조일 수 있다. 이로써, 후술하는 바와 같이 제2 실링부재가 지지부 상에 도포되어, 실드부재와 가이드부 사이간에 제2 실링부재로 실링되는 경우 제2 실링부재가 이격된 지지부(1420)로 넘쳐 흐르는 것을 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 중앙부(1410)는 인접한 실드부재가 서로 접하는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 중앙부(1410)는 제2 실링부재가 지지부(1420)를 지나 인접한 유체이동부의 홈부를 향하도록 제2 실링부재의 위치를 가이드할 수 있다. 그리고 유체이동부의 홈부 상의 제1 실링부재와 제2 실링부재가 서로 접하여, 하나의 실드부재 하부에 배치된 복수의 열전 모듈 전체에 대한 외측 실링이 수행될 수 있다. 또한, 제2 실링부재가 내측의 열전모듈로 연장되어 가이드홈 내에 실링부재가 도포될 수 있다. 따라서 복수의 열전 모듈에 대한 신뢰성이 개선될 수 있다.
그리고 지지부(1420)의 수직 방향으로 높이(H2)는 열전 소자의 높이와 대응할 수 있다. 예컨대, 지지부(1420)의 수직 방향으로 높이(H2)는 열전 소자의 높이와 동일할 수 있다. 이에 따라, 실드부재는 가이드부(1400) 및 열전 소자와 접하는 면에 단차를 가지지 않음으로써, 공정 용이성을 제공하고 단차에 의한 실링의 어려움을 해소할 수 있다.
또한, 지지부(1420)는 적어도 일부가 실드부재 하부에 배치되며, 지지부(1420)의 상면은 실드부재와 마주할 수 있다.
가이드부(1400)는 복수 개의 가이드홀을 포함할 수 있다. 예컨대, 가이드부(1400)의 지지부(1420)는 제1 가이드홀(1420h1) 및 제2 가이드홀(1420h2)을 포함할 수 있다. 제1 가이드홀(1420h1) 및 제2 가이드홀(1420h2)은 복수 개일 수 있으며, 중앙부(1410)를 기준으로 대칭으로 배치될 수 있다. 이에 따라, 가이드부(1400)가 유체이동부와 결합 시, 체결에 의한 힘이 가이드부(1400) 및 유체이동부에 균일하게 가해질 수 있다. 이로써, 가이드부가 유체이동부의 상면으로부터 들뜨는 현상 등이 용이하게 방지할 수 있다.
또한, 실시예에 가이드부(1400)는 일측에 배치된 제1 가이드 영역(SA1), 타측에 배치된 제2 가이드 영역(SA2)을 포함할 수 있다. 제1 가이드 영역(SA1)은 열전 모듈에서 제1 영역에 대응할 수 있다. 예컨대, 제1 가이드 영역(SA1)은 인접한 열전 모듈의 제1 영역과 제1 방향(X축 방향)으로 중첩될 수 있다. 그리고 제2 가이드 영역(SA2)은 제1 가이드 영역(SA1)에서 제2 방향(Y축 방향)에 반대 방향 측에 배치될 수 있다. 제2 가이드 영역(SA2)은 인접한 열전 모듈의 제2 영역과 제1 방향(X축 방향)으로 중첩될 수 있다.
상술한 제1 가이드홀(1420h1)은 제1 가이드 영역(SA1)에 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 가이드홀(1420h1)은 제1 영역의 제1 관통홀과 대응되게 위치할 수 있다. 즉, 제1 가이드홀(1420h1)은 제1 관통홀과 제1 방향(X축 방향)으로 중첩될 수 있다. 이에 따라, 제1 가이드홀(1420h1)에 의한 유체이동부의 유체홀의 제작이 용이하게 이루어질 수 있다.
그리고 제2 가이드홀(1420h2)은 제2 가이드 영역(SA2)에 배치될 수 있다. 예컨대, 제2 가이드홀(1420h2)은 제2 관통홀과 대응되게 위치하여, 제2 관통홀과 제1 방향(X축 방향)으로 중첩될 수 있다. 이에 따라, 가이드부(1400)와 유체이동부 간의 체결이 열전 모듈과 유체이동부 간의 체결에 대응하게 이루어질 수 있다. 이로써, 상술한 체결홀, 관통홀의 형성이 용이하게 이루어질 수 있으며, 유체이동부 내의 유체홀에 대한 제작도 용이하게 이루어지고 제1 유체가 제1 방향(X축 방향)으로 용이하게 이동할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 가이드부(1400)는 저면에 형성된 가이드홈(1400g)을 포함할 수 있다. 가이드홈(1400g)은 제2 가이드 영역(SA2)에 위치할 수 있다. 이러한 가이드홈(1400g)은 상술한 제1 커버홈에 대응하게 위치할 수 있다. 예컨대, 가이드홈(1400g)은 제1 커버홈과 제1 방향(X축 방향)으로 중첩될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 제1 커버홈 내의 제1,2 커넥터와 연결된 전선이 가이드홈(1400g)을 통과하여 인접한 실드부재 하부에 배치된 열전 모듈 간의 전기적 연결이 이루어질 수 있다. 가이드홈(1400g)은 수직 방향으로 높이가 제1 커버홈의 수직 방향으로 높이와 동일할 수 있다. 이에, 전선이 휘어짐 등이 방지될 수 있다.
또한, 가이드홈(1400g) 내에는 제2 실링부재가 일부 배치될 수 있다. 그리고 가이드홈(1400g) 내에 제2 실링부재가 배치됨으로써, 가이드홈(1400g) 내에 위치한 전선이 제2 실링부재와 접합될 수 있다. 이로써, 전선이 제2 실링부재에 의해 위치가 고정되어 진동이 억제되고 이동 및 충격에 의해 손사오디는 것이 방지될 수 있다. 즉, 전선의 신뢰성이 개선될 수 있다.그리고 지지부(1420)는 커버부재(1300)에 대응하여 단차 영역을 가질 수 있다. 즉, 제1 가이드 영역(SA1)에서 지지부(1420)의 수직 방향으로 높이는 제2 가이드 영역(SA2)에서 지지부(1420)의 수직 방향으로 높이보다 작을 수 있다. 커버부재(1300)의 높이가 열전 소자의 높이보다 크므로, 지지부(1420)도 상술한 높이 차를 가진다. 이로써, 지지부(1420)는 제2 영역에 인접한 부분에서 단차 구조를 가질 수 있다.
또한, 실시예에 따른 가이드부(1400)는 상면(1400a)에 배치된 홈부(1420g)를 포함할 수 있다. 가이드부(1400)의 홈부(1420g)는 지지부(1420)에 배치될 수 있다. 이에, 가이드부(1400)의 홈부(1420g)는 이격된 실드부재 각각과 수직 방향으로 중첩될 수 있다.
가이드부(1400)의 홈부(1420g)는 지지부(1420)의 상면에 배치되고, 중앙부(1410)를 기준으로 대칭으로 배치될 수 있다. 예컨대, 가이드부(1400)의 홈부(1420g)는 2개일 수 있다. 다만, 이러한 개수에 한정되는 것은 아니다.
또한, 가이드부(1400)의 홈부(1420g)는 가이드부(1400)의 외측면보다 중앙부(1410)에 인접하게 배치될 수 있다. 예컨대, 가이드부(1400)의 홈부(1420g)와 가이드부(1400)의 외측면 간의 거리(d1)는 가이드부(1400)의 홈부(1420g)와 중앙부(1410) 간의 거리(d2)와 상이할 수 있다. 가이드부(1400)의 홈부(1420g)와 가이드부(1400)의 외측면 간의 거리(d1)는 가이드부(1400)의 홈부(1420g)와 중앙부(1410) 간의 거리(d2)보다 클 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 가이드부(1400)의 홈부(1420g)에 도포되는 제2 실링부재는 가이드부(1400) 상에 실드부재가 안착하면 중앙부(1410) 측으로 용이하게 이동할 수 있다. 이에 따라, 실드부재의 저면과 가이드부(1400)의 상면(1400a) 사이 및 실드부재의 측면과 중앙부(1410)의 측면(1410a) 사이에 제2 실링부재가 배치될 수 있다. 이로써, 가이드부(1400)와 실드부재 사이에 제2 실링부재에 의한 실링이 빈 영역 없이 정확하게 수행될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.
도 18 및 도 19는 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치에서 실드부재의 결합을 설명하는 도면이고, 도 20은 도 19에서 EE"로 절단된 단면도이고, 도 21은 도 19에서 K1의 확대도이고, 도 22는 도 21에서 FF"로 절단된 단면도이고, 도 23은 도 19에서 K2의 확대도이고, 도 24는 도 23에서 GG'로 절단된 단면도이다.
도 18 내지 도 19를 참조하면, 유체이동부 상에 복수 개의 열전 모듈(1200), 복수 개의 커버부재(1300), 가이드부(1400) 및 더미모듈(미도시됨)이 배치된 이후에 실드부재(1600)를 안착함으로써 열전 모듈(1200)이 실드부재(1600)에 의해 외부 습기, 오염 물질로부터 보호될 수 있다. 이 때, 보다 정확한 실링을 위해, 유체이동부의 홈부에 제1 실링부재(SL1)가 도포되고 가이드부(1400)의 홈부에 제2 실링부재(SL2)가 도포된 이후에 실드부재(1600)가 안착할 수 있다. 이로써, 실드부재(1600)와 유체이동부 사이의 공간 및 가이드부(1400)와 실드부재 사이의 공간에 제1 실링부재와 제2 실링부재(SL2)가 배치되어 실링이 이루어질 수 있다. 도면 상에 각 구성요소의 홀에는 일부 도시된 체결부재(예, 나사)가 동일하게 배치될 수 있음을 이해해야 한다. 도한, 상술한 바와 같이 가이드부(1400)는 인접한 복수의 실드부재(1600-1, 1600-2) 사이 또는 인접한 복수의 열전 모듈 그룹 사이에 배치될 수 있다.
그리고 제2 실링부재(SL2)는 가이드부(1400)의 홈부 상에 도포되고, 실드부재(1600)에 의해 지지부의 상면과 측면 및 중앙부의 측면으로 이동할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술한다.
도 20을 참조하면, 가이드부(1400)는 일 실드부재(1600-1)와 이에 인접한 다른 실드부재(1600-2) 사이에 배치될 수 있다. 그리고 지지부(1420)는 적어도 일부 영역이 실드부재(1600)와 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 중앙부(1410)는 실드부재(1600)와 수직 방향으로 어긋나고 제1 방향(X축 방향)으로 이격 배치될 수 있다.
제2 실링부재(SL2)는 가이드부(1400)의 홈부(1420g) 및 지지부(1420)의 상면(1420a)에 배치될 수 있다. 지지부(1420)의 상면(1420a)은 상부의 실드부재(1600)와 마주할 수 있다. 나아가, 제2 실링부재(SL2)는 중앙부(1410)의 측면(1410a)에도 배치될 수 있다. 중앙부(1410)의 측면(1410a)은 지지부(1420)의 상면(1420a)과 접하는 면일 수 있다. 이로써, 제2 실링부재(SL2)는 실드부재(1600)의 저면과 지지부(1420)의 상면(1420a) 사이 및 실드부재(1600)의 측면과 중앙부(1410)의 측면(1410a) 사이에 배치될 수 있다. 이로써, 실드부재(1600)의 외측으로부터 가이드부(1400)와 실드부재(1600) 사이 영역으로 습기 또는 오염 물질의 침투가 억제될 수 있다.
또한, 본 명세서에서, 설명하는 실링부재(예로, 제1 내지 제3 실링부재)는 내열, 내습성의 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 실링부재는 내열 실리콘을 포함하는 실링재 또는 실링테이프 등을 포함할 수 있다.
도 21 내지 도 24를 참조하면, 제2 실링부재(SL2)는 상술한 바와 같이 가이드부(1400) 상면 및 측면에 배치될 수 있다. 예컨대, 제2 실링부재(SL2)는 지지부(1420)의 측면(1420b)에도 배치되어, 지지부(1420)의 측면(1420b)과 접할 수 있다.
또한, 지지부(1420)의 측면(1420b)은 유체이동부(1100)의 홈부(1100g)와 인접하게 배치될 수 있다. 이에, 유체이동부(1100)의 홈부(1100g) 상의 제1 실링부재(SL1)와 지지부(1420)의 측면(1420b)에 배치된 제2 실링부재(SL2)가 서로 접할 수 있다. 즉, 가이드부(1400)에 의해 제2 실링부재(SL2)와 제1 실링부재(SL1)가 서로 연결될 수 있다. 이로써, 인접한 복수의 실드부재(1600-1, 1600-2) 사이로 오염 물질 등의 침투가 제1 실링부재(SL1) 및 제2 실링부재(SL2)에 의해 차단될 수 있다.
유체이동부(1100)의 홈부(1100g)와 가이드부(1400)에서 지지부(1420)의 측면(1420a)은 제2 방향(Y축 방향)으로 이격될 수 있다. 또한, 중앙부는 적어도 일부가 유체이동부(1100)의 홈부(1100g)와 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 이에 따라, 중앙부(1410)는 제2 실링부재(SL2)가 중앙부(1410)의 측면(1410a)을 따라 유체이동부(1100)의 홈부(1100g)를 향해 이동하도록 가이드할 수 있다. 이로써, 중앙부(1410)가 제1 실링부재(SL1)와 제2 실링부재(SL2)의 접촉을 유도하여, 실드부재(1600), 유체이동부(1100) 및 가이드부(1400) 간에 빈 영역을 제거하여 정확한 밀봉이 이루어질 수 있다.
또한, 지지부(1420)는 상기와 같이 커버부재(1300)에 대응하여 단차영역을 가지므로, 제1 가이드 영역에서 지지부(1420)의 수직 방향으로 높이(H3)는 제2 가이드 영역에서 지지부(1420)의 수직 방향으로 높이(H4)보다 작을 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 이러한 유체이동부(1100)의 상면뿐만 아니라 하면에서도 열전 모듈, 커버부재, 가이드부, 더미모듈 및 실드부재가 대응되게 위치한다.
또한, 가이드부(1400)의 홈부(1420g)는 제2 방향(Y축 방향)으로 이격된 2개의 유체이동부(1100)의 홈부(1100g) 사이에 배치될 수 있다. 예컨대, 가이드부(1400)의 홈부(1420g)는 이격된 유체이동부(1100)의 홈부(1100g) 내측에 배치될 수 있다. 이에, 제1 실링부재(SL1)와 제2 실링부재(SL2)가 서로 용이하게 연결될 수 있다.
도 25 및 도 26은 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치에 포함되는 더미모듈의 사시도이고, 도 27 및 도 28은 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치에서 실드부재의 결합을 설명하는 도면이다.
도 25 내지 도 28을 참조하면, 실시예에 따른 발전 장치는 유체이동부( 1100) 상에 배치되는 더미모듈(1500)을 포함할 수 있다.
더미모듈(1500)은 유체이동부(1100)의 일면(예로, 상면 또는 하면) 상에서 일측 또는 타측에 배치될 수 있다. 예컨대, 더미모듈(1500)은 제1 방향(X축 방향)으로 나란히 배치된 열전 모듈(1200)의 외측에 배치될 수 있다. 예를 들어, 더미모듈(1500)은 유체이동부(1100)의 일면 상에서 양단부에 배치되며, 2개의 더미모듈(1500) 사이에 복수 개의 열전 모듈(1200)이 배치될 수 있다. 이에, 더미모듈(1500)은 복수 개의 열전 모듈(1200)과 제1 방향(X축 방향)으로 적어도 일부 중첩될 수 있다.
더미모듈(1500)은 상면(1510) 및 하면(1520)을 포함할 수 있다. 더미모듈(1500)의 상면(1510)은 단차 구조를 가질 수 있다.
또한, 더미모듈(1500)의 하면(1520)에는 모듈홈(1500g)이 위치할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 더미모듈(1500)을 이용하여 커넥터에 연결된 전선을 가이드할 수도 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 더미모듈은 가이드모듈일 수도 있다. 예컨대, 더미모듈(1500)의 모듈홈(1500g)은 인접한 열전 모듈(1200)로부터 제1 방향으로 연장되고 절곡되어 제2 방향(Y축 방향)으로 연장될 수 있다.
더욱 구체적으로, 유체이동부(1100)의 상면(1110)의 일측과 타측에 각각 배치되는 더미모듈(1500)에는 제1 방향(X축 방향)으로 연장되는 모듈홈(1500g)을 포함할 수 있다. 이러한 모듈홈(1500g)은 상술한 커버부재(1300)의 제1 커버홈 및 제2 커버홈과 대응되게 위치할 수 있다. 예컨대, 모듈홈(1500g)은 제1 커버홈과 제1 방향(X축 방향)으로 중첩될 수 있다.
이에, 커넥터(210, 220)에 연결된 전선은 모듈홈(1500g)을 통하여 제1 방향으로 가이드될 수 있다. 이에, 제1 기판(1212)의 제2 영역(A2)에 배치된 커넥터(210, 220)에 연결되는 전선은 제1 방향을 따라 모듈홈(1500g) 내에 수용 및 고정될 수 있다.
나아가, 모듈홈(1500g)은 외측으로 절곡되어 제2 방향 또는 제2 방향에 반대 방향으로 연장될 수 있다. 이에, 전선이 모듈홈(1500g)을 따라 더미모듈(1500)외측을 향해 가이드될 수 있다. 이에, 전선이 발전 장치 외부로 연장될 수 있으며, 전선은 외부의 회로 또는 배터리 등과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 더미모듈(1500)은 복수 개의 관통홀(1500h)을 포함할 수 있다. 이러한 복수 개의 관통홀(1500h)은 유체이동부(1100)의 제1 체결홀과 대응되게 위치할 수 있다. 즉, 더미모듈(1500)의 관통홀(1500h)은 유체이동부(1100)의 제1 체결홀과 수직 방향으로 중첩되게 배치될 수 있다. 이로써, 더미모듈(1500)의 관통홀(1500h)과 유체이동부(1100)의 제1 체결홀은 나사 등의 체결 부재를 통해 서로 결합할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 더미모듈(1500)의 적어도 일부 상에는 실드부재(1600)가 배치될 수 있다. 이에 따르면, 더미모듈(1500)을 따라 가이드되는 전선이 수분, 제2 유체 또는 오염 물질에 의하여 노출되는 것을 방지할 수 있다.
더미모듈(1500)은 인접한 열전 모듈을 향해 돌출된 돌기부(1530)를 더 포함할 수 있다. 이러한 돌기부(1530)는 저면이 더미모듈의 하면과 동일면을 이루나, 돌기부(1530)의 상면은 더미모듈(1500)의 상면과 단차를 이룰 수 있다. 그리고 돌기부(1530)에는 제2 실링부재가 도포되어 실드부재(1600)와 더미모듈(1500) 사이를 실링할 수 있다. 본 명세서에서, 제2 실링부재는 실드부재의 가장자리 하부에서 제2 방향으로 연장되는 실링부재를 의미한다. 나아가, 제2 실링부재는 제2-1 실링부재(SL2a)와 제2-2 실링부재(SL2b)를 포함하며, 제2-1 실링부재(SL2a)는 상술한 가이드부에 의해 가이드되는 실링부재이고, 제2-2 실링부재(SL2b)는 더미모듈(1500)과 적어도 일부 수직 방향으로 중첩되는 실링부재를 의미한다. 다만, 상수한 바와 같이 본 명세서에서는 제2 실링부재로 설명한다.
제2 실링부재(SL2)는 돌기부(1530) 상에 배치될 수 있다. 제2 실링부재(SL2)는 돌기부(1530) 뿐만 아니라 일부가 유체이동부(1100) 상면 상에 배치될 수 있다. 또한, 돌기부(1530)는 실드부재와 결합하기 위한 돌기홀을 포함할 수 있으며, 나사 등의 체결부재에 의해 실드부재와 더미모듈이 서로 결합할 수 있다. 나아가, 제2 실링부재(SL2)는 이러한 돌기부와 체결부재에 도포되어 체결 시 발생하는 빈 공간을 제거할 수 있다. 이에, 제2 유체나 다른 오염 물질이 실드부재 하부로 침투하는 것이 억제될 수 있다.
또한, 제2 실링부재(SL2)는 제2 방향(Y축 방향)으로 연장되며, 유체이동부(1100)의 홈부(1100g)와 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 또한, 제2 실링부재(SL2)는 유체이동부(1100)의 상면에서 제2 방향(Y축 방향)으로 이격된 복수의 홈부(1100g) 사이에 배치될 수 있다.
이로써, 제2 실링부재(SL2)는 유체이동부(1100)의 홈부(1100g) 상에 배치된 제1 실링부재(SL1)와 접촉할 수 있다. 예컨대, 제2 실링부재(SL2)와 제1 실링부재(SL1)의 접촉 또는 연결은 열전 모듈 그룹 또는 실드부재의 가장자리를 따라 발생할 수 있다.
이에 따라, 실시예에 따른 제1 실링부재(SL1)와 제2 실링부재(SL2)는 상술한 위치에서 연결되어 복수의 열전 모듈을 둘러싸도록 폐루프를 형성할 수 있다. 이에, 실드부재(1600)와 유체이동부(1100) 사이의 틈으로 제2 유체나 오염 물질 등이 열전 모듈로 침투하지 않을 수 있다. 이에 따라, 발전 장치의 신뢰성이 개선될 수 있다.
또한, 실시예에 따른 실드부재(1600)는 열전 모듈(1200) 및 유체이동부(1100) 상에 배치될 수 있다. 이러한 실드부재(1600)는 상술한 바와 같이 제1 부(P1), 제2 부(P2) 및 단차부(P3)를 포함할 수 있다.
제1 부(P1)는 열전 모듈(1200)과 수직 방향으로 중첩되는 영역이고, 제2 부(P2)는 열전 모듈(1200)과 어긋나게 배치되고 유체이동부와 인접하게 배치되는 영역이며, 단차부(P3)는 제1 부(P1)와 제2 부(P2) 사이에 배치되는 영역이다. 이에 대한 설명은 상술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
나아가, 제1 부(P1)는 열전 모듈의 제1 영역과 수직 방향으로 중첩되는 제1-1 부(P1-1)와 열전 모듈의 제2 영역과 수직 방향으로 중첩되는 제1-2 부(P1-2)를 포함할 수 있다. 제1-2 부(P1-2) 하부에는 상술한 커버부재 및 제1,2 커넥터가 배치될 수 있다.
그리고 커버부재 등의 배치공간을 위해 제1-2 부(P1-2)와 제1-1 부(P1-1) 간에는 단차가 존재하며, 제1-2 부(P1-2)는 유체이동부의 상면으로부터 수직 방향으로 높이가 제1-1 부(P1-1)의 유체이동부의 상면으로부터 수직 방향으로 높이보다 작을 수 있다.
또한, 실드부재(1600)는 제1 부(P1)에 배치되는 복수 개의 실드홀(1600h)을 포함할 수 있다. 이러한 복수 개의 실드홀(1600h) 각각에 복수 개의 히트싱크(1220) 각각이 관통할 수 있다. 제1 부(P1)의 하부에는 열전 소자(1210) 및 커버부재(1300)가 위치할 수 있다.
제2 부(P2)는 열전 모듈(1200)과 수직 방향으로 어긋나게 배치되고, 유체이동부(1100)의 일면과 접할 수 있다. 즉, 제2 부(P2)는 유체이동부(1100)의 일면(예로, 상면)에 제1 부(P1)보다 인접하게 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 부(P1)와 유체이동부(1100)의 상면 간의 수직 방향으로 거리는 제2 부(P2)와 유체이동부(1100)의 상면 간의 수직 방향으로 거리보다 클 수 있다. 또한, 제2 부(P2)에서 제1 부(P1)를 향할수록 유체이동부(1100)의 일면(에로, 상면)과 실드부재(1600) 간의 수직 방향으로 거리가 점진적으로 커질 수 있다. 이에 따르면, 실드부재(1600)는 제2 유체의 유동 저항을 최소화하면서 유체이동부(1100)와 열전 소자(1210)를 보호할 수 있다.
또한, 실드부재(1600)는 제2 부(P2)에서 제2 방향 및 제3 방향으로 연장되는 유체이동부(1100)의 상면에 수직하는 측면에 배치되는 지지영역을 더 포함할 수도 있다. 이에 따르면, 실드부재(1600)는 "ㄱ"자 형상으로 유체이동부(1100) 일측 상에 배치될 수 있으므로, 실드부재(1600)의 위치가 유체이동부(1100)의 상면 상에서 어긋나도록 배치되는 문제를 방지할 수 있으며, 조립 용이성이 향상될 수 있다.
단차부(P3)는 제1 부(P1)와 제2 부(P2) 사이에 배치될 수 있다. 단차부(P3)는 제1 부(P1) 및 제2 부(P2)와 접할 수 있다.
또한, 제2 부(P2)는 열전 모듈(1200) 또는 제1 부(P1) 외측에 위치할 수 있다. 예컨대, 실드부재(1600)에서 제2 방향(Y축 방향)으로 순차로 제2 부(P2), 단차부(P3), 제1 부(P1), 단차부(P3), 및 제2 부(P2)가 배치될 수 있다.
이러한 실드부재(1600)는 열전 소자(1210) 상에 배치된다. 이때, 제2 유체가 히트싱크(1220)를 통과하기 위하여, 실드부재(1600)에는 실드홀(1600h)이 형성되며, 실드홀(1600h)의 가장자리는 열전 소자(1210)의 제2 기판 상에 배치되어 실드홀(1600h)을 통하여 히트싱크(1220)가 노출될 수 있다. 즉, 실드홀(1600h)의 가장자리는 열전 소자(1210)의 제2 기판 상에 배치되며, 히트싱크(1220)는 실드홀(1600h)을 관통할 수 있다. 이에 따르면, 열전 소자(1210) 내부를 외부의 오염 물질, 수분 및 제2 유체로부터 보호할 수 있으면서도, 제2 유체가 히트싱크(1220)를 직접 통과할 수 있으므로, 제2 유체와 히트싱크(1220) 간 열교환이 효율적으로 이루어질 수 있다. 이 때, 실드홀(1600h)의 가장자리는 열전 소자(1210)의 제2 기판 상에 배치되며, 히트싱크(1220)는 실드홀(1600h)을 관통할 수 있도록, 실드홀(1600h)의 크기(또는 XY 상 면적)는 열전 소자(1210)의 제2 기판의 크기보다 작고, 히트싱크(1220)의 크기, 즉 히트싱크(1220)가 제2 기판에 배치되는 면의 크기보다 클 수 있다.
한편, 도시된 바와 같이, 유체이동부(1100)의 상면(1110)에는 복수의 열전 소자(1210)가 배치되며, 각 열전 소자(1210)에는 히트싱크(1220)가 배치될 수 있다. 이를 위하여, 실드부재(1600)에는 복수의 실드홀(1600h)이 형성되며, 각 실드홀(1600h)의 가장자리는 각 열전 소자(1210)의 제2 기판 상에 배치되어 각 실드홀(1600h)을 각 히트싱크(1220)가 관통할 수 있다. 이에 따르면, 하나의 실드부재(1600)를 이용하여 복수의 열전 소자(1210)를 커버할 수 있으므로, 실드부재(1600)를 조립하는 공정 및 구조가 단순화될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 실드부재(1600)에는 복수의 추가적인 관통홀이 더 형성될 수도 있다. 이때, 복수의 관통홀을 통해 유체이동부와 실드부재(1600)가 체결될 수 있다.
본 명세서 전체적으로, 열전 소자(100, 1210)는 제1 기판(110), 제1 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 제2 전극(150) 및 제2 기판(160)을 포함하는 것으로 설명되고 있으나, 열전 소자(100, 1210)의 정의가 이로 제한되는 것은 아니며, 열전 소자(100, 1210)는 제1 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 제2 전극(150) 및 제2 기판(160)을 포함하며, 제1 기판(110) 상에 배치되는 것을 의미할 수도 있다.
또한, 본 명세서 전체적으로, 열전 장치(1000)는 유체이동부(1100), 열전 모듈(1200), 커버부재(1300) 및 실드부재(1600)를 포함하고, 열전 모듈(1200)은 열전 소자(1210) 및 히트싱크(1220)를 포함하는 것으로 설명되고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 열전 모듈이 유체이동부(1100), 열전 소자(1210) 및 히트싱크(1220), 커버부재(1300), 실드부재(1600)를 모두 포함하는 것을 의미할 수도 있다.
도 29는 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치에서 제1 실링부재, 제2 실링부재 및 제3 실링부재의 위치를 설명하는 도면이고, 도 30은 도 29에서 K3의 확대도이고, 도 31은 도 29에서 HH'로 절단된 단면도이다.
도 29 내지 도 31을 참조하면, 실시예에 따른 열전 장치는 열전 소자(1210)와 실드부재(1600) 사이에 배치되는 제3 실링부재(SL3)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 상술한 바와 같이 실드부재(1600)는 열전 소자(1210) 상에 배치되어 열전 소자(1210)의 적어도 일부를 덮을 수 있다. 다만, 제2 유체가 히트싱크(1220)를 통과하기 위하여, 실드부재(1600)에는 실드홀(1600h)이 배치될 수 있다. 그리고 실드홀(1600h)의 가장자리는 열전 소자(1210)의 제2 기판(1214) 상에 배치되며, 실드홀(1600h)을 통하여 히트싱크(1220)가 노출될 수 있다. 즉, 실드홀(1600h)의 가장자리는 열전 소자(1210)의 제2 기판 상에 배치되며, 히트싱크(1220)는 실드홀(1600h)을 관통할 수 있다. 이에 따라, 제2 유체가 히트싱크(1220)를 통과하면서 열교환이 효율적으로 이루어질 수 있다.
나아가, 제3 실링부재(SL3)가 실드홀(1600h)의 가장자리를 따라 실드부재(1600)와 제2 기판(1214) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 제3 실링부재(SL3)는 열전 소자(1210) 내부를 외부의 오염 물질, 수분 및 제2 유체로부터 보호할 수 있다.
이 때, 실드홀(1600h)의 가장자리는 열전 소자(1210)의 제2 기판 상에 배치되며, 히트싱크(1220)는 실드홀(1600h)을 관통할 수 있도록, 실드홀(1600h)의 크기는 열전 소자(1210)의 제2 기판의 크기보다 작고, 히트싱크(1220)의 크기, 즉 히트싱크(1220)가 제2 기판에 배치되는 면의 크기보다 클 수 있다. 예컨대, 실드홀(1600h)의 가장자리와 히트싱크(1220) 간에는 제1 방향(X축 방향) 또는 제2 방향(Y축 방향)으로 이격될 수 있다.
그리고 제3 실링부재(SL3)는 실드홀(1600h)의 가장자리와 제2 기판(1214)의 가장자리 사이에 배치될 수 있다. 이로써, 제3 실링부재(SL3)는 제1 기판(1212)과도 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 또한, 제3 실링부재(SL3)는 실드부재(1600)의 제1 부(P1) 특히 제1-1 부(P1-1)와 수직 방향으로 중첩될 수 있다.
또한, 실시예에 따른 제3 실링부재(SL3)는 제1 실링부재(SL1)와 제2 방향(Y축 방향)으로 이격 배치될 수 있다. 나아가, 제1 실링부재(SL1)와 제3 실링부재(SL3)는 열전 소자(1210)의 수직 방향으로 길이에 대응하게 서로 높이 차를 가질 수 있다.
변형예로, 제3 실링부재(SL3)는 제1 부(P1), 단차부(P3)를 따라 연장되어 제2 부(P2) 하부의 제1 실링부재(SL1)와 연결될 수도 있다. 예컨대, 제3 실링부재(SL3)는 제1-1 홈 상의 제1 실링부재(SL1)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1 실링부재 및 제3 실링부재의 결합으로 실드부재, 열전모듈 및 유체이동부 간의 결합력이 개선될 수 있다.
발전 시스템은 선박, 자동차, 발전소, 지열, 등에서 발생하는 열원을 통해 발전할 수 있고, 열원을 효율적으로 수렴하기 위해 복수의 발전 장치를 배열할 수 있다. 이때, 각 발전 장치는 열전 모듈과 유체이동부 간 접합력을 개선하여 열전 소자의 저온부의 냉각 성능을 개선할 수 있으며, 이에 따라 발전 장치의 효율 및 신뢰성을 개선할 수 있으므로, 선박이나 차량 등의 운송 장치의 연료 효율을 개선할 수 있다. 따라서 해운업, 운송업에서는 운송비 절감과 친환경 산업 환경을 조성할 수 있고, 제철소 등 제조업에 적용되는 경우 재료비 등을 절감할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 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.

Claims (15)

  1. 유체이동부;
    상기 유체이동부 상에 배치된 열전 모듈;
    상기 유체이동부 상에 배치되고, 상기 열전 모듈과 이격된 가이드부; 및
    상기 열전 모듈 상에 배치된 실드부재;를 포함하고,
    상기 가이드부는 일부가 상기 실드부재와 수직 방향으로 중첩된 열전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가이드부는 상기 실드부재와 수직 방향으로 중첩되는 영역에 배치된 홈부를 포함하는 열전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가이드부는, 중앙부; 및 상기 중앙부를 기준으로 이격 배치된 지지부;를 포함하고,
    상기 가이드부의 홈부는 상기 지지부의 상면에 배치된 열전 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 실드부재는 복수 개로 제1 방향으로 서로 이격 배치되고,
    상기 중앙부는 인접한 상기 복수 개의 실드부재 사이에 배치되고,
    상기 지지부는 상기 복수 개의 실드부재 하부에 배치된 열전 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 유체이동부는 제1 방향으로 연장된 홈부를 포함하고,
    상기 유체이동부의 홈부 상에 배치된 제1 실링부재; 및
    상기 가이드부와 상기 실드부재 사이에 배치된 제2 실링부재;를 더 포함하는 열전 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 실링부재는 상기 가이드부의 홈부, 상기 지지부의 상면 및 상기 지지부의 상면과 접하는 상기 중앙부의 측면에 배치된 열전 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 실링부재는 상기 지지부의 상면과 상기 유체이동부의 홈부 사이로 경사진 상기 지지부의 측면으로 연장되고,
    상기 가이드부의 홈부는 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 연장되고,
    상기 제1 방향은 복수 개의 열전 모듈 또는 복수 개의 실드부재가 배열된 방향에 대응하는 열전 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 실링부재는 상기 제2 실링부재와 접하고,
    상기 중앙부의 상기 제2 방향으로 길이는 복수의 홈부 간의 상기 제2 방향으로 길이보다 크고,
    상기 중앙부는 적어도 일부가 상기 유체이동부의 홈부와 수직 방향으로 중첩된 열전 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 중앙부의 상기 제2 방향으로 길이는 상기 지지부의 상기 제2 방향으로 길이보다 큰 열전 장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 가이드부의 홈부는 상기 유체이동부의 홈부 내측에 배치된 열전 장치.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 실드부재는 복수의 실드홀을 포함하고,
    상기 열전 모듈은, 상기 유체이동부의 일면에 접하는 열전 소자; 및 상기 열전 소자 상에 배치된 히트싱크;를 포함하고,
    상기 히트싱크는 상기 복수의 실드홀을 관통하는 열전 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 실드부재는 상기 열전 모듈과 수직 방향으로 중첩된 제1 부; 상기 열전 모듈과 상기 수직 방향으로 어긋나는 제2 부; 및 상기 제1 부와 상기 제2 부를 연결하는 단차부;를 포함하고,
    상기 제2 부는 상기 제1 부보다 상기 유체이동부의 일면에 더 인접한 열전 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 열전 모듈와 상기 실드부재 사이에 배치된 제3 실링부재;를 더 포함하고,
    상기 제3 실링부재는 상기 제1 실링부재와 이격된 열전 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 열전 소자는 상기 유체이동부의 일면과 접하는 제1 기판; 상기 제1 기판과 이격 배치된 제2 기판; 상기 제1 기판 상에 배치된 제1 전극; 상기 제2 기판 하부에 배치된 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 복수의 열전 레그;를 포함하고,
    상기 제3 실링부재는 상기 제2 기판의 가장자리와 상기 실드홀의 가장자리 사이에 배치되고 상기 제1 기판과 상기 수직 방향으로 중첩된 열전 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 실드홀의 면적은 상기 제2 기판의 면적보다 작은 열전 장치.
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