KR20220170179A - 열전장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치는 일면 및 상기 일면과 제1 방향으로 이격된 타면을 포함하는 유체유동부, 상기 유체유동부의 일면에 배치된 제1 열전소자, 그리고 상기 유체유동부의 타면에 배치된 제2 열전소자를 포함하고, 상기 유체유동부의 일면에는 상기 제1 열전소자와 상기 제1 방향으로 중첩된 제1 홈 및 상기 제1 열전소자와 상기 제1 방향으로 중첩되지 않은 제1 홀이 배치되고, 상기 제1 홈의 깊이는 상기 일면 및 상기 타면 간 거리보다 얕고, 상기 제1 홀은 상기 일면으로부터 상기 타면까지 관통한다.
Description
본 발명은 열전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전소자의 저온부와 고온부 간 온도 차를 이용하는 열전장치에 관한 것이다.
열전현상은 재료 내부의 전자(electron)와 정공(hole)의 이동에 의해 발생하는 현상으로, 열과 전기 사이의 직접적인 에너지 변환을 의미한다.
열전소자는 열전현상을 이용하는 소자를 총칭하며, P형 열전 재료와 N형 열전 재료를 금속 전극들 사이에 접합시켜 PN 접합 쌍을 형성하는 구조를 가진다.
열전소자는 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.
열전소자는 가전제품, 전자부품, 통신용 부품 등에 다양하게 적용되고 있다. 예를 들어, 열전소자는 냉각용 장치, 온열용 장치, 발전용 장치 등에 적용될 수 있다. 이에 따라, 열전소자의 열전성능에 대한 요구는 점점 더 높아지고 있다.
최근, 자동차, 선박 등의 엔진으로부터 발생한 고온의 폐열 및 열전소자를 이용하여 전기를 발생시키고자 하는 니즈가 있다. 이때, 열전소자의 저온부 측에 제1 유체가 통과하는 유체유동부가 배치되고, 열전소자의 고온부 측에 히트싱크(heatsink)가 배치되며, 제1 유체보다 고온인 제2 유체가 히트싱크를 통과할 수 있다. 이에 따라, 열전소자의 저온부와 고온부 간 온도 차에 의하여 전기가 생성될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 열전소자의 저온부와 고온부 간 온도 차를 이용하는 열전장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치는 일면 및 상기 일면과 제1 방향으로 이격된 타면을 포함하는 유체유동부, 상기 유체유동부의 일면에 배치된 제1 열전소자, 그리고 상기 유체유동부의 타면에 배치된 제2 열전소자를 포함하고, 상기 유체유동부의 일면에는 상기 제1 열전소자와 상기 제1 방향으로 중첩된 제1 홈 및 상기 제1 열전소자와 상기 제1 방향으로 중첩되지 않은 제1 홀이 배치되고, 상기 제1 홈의 깊이는 상기 일면 및 상기 타면 간 거리보다 얕고, 상기 제1 홀은 상기 일면으로부터 상기 타면까지 관통한다.
상기 제1 열전소자 및 상기 유체유동부는 상기 제1 열전소자 및 상기 제1 홈에 배치된 제1 결합부재에 의하여 고정될 수 있다.
상기 일면 및 상기 타면 사이의 일측면에 상기 유체유동부의 유체유입구가 배치되고, 상기 일면 및 상기 타면 사이에서 상기 일측면에 대향하는 타측면에 상기 유체유동부의 유체배출구가 배치되며, 상기 유체유동부는 상기 일측면으로부터 상기 타측면을 향하는 제2 방향으로 연장된 복수의 유로를 포함하며, 상기 복수의 유로 사이에는 상기 복수의 유로를 구분하는 유로구분벽이 배치되고, 상기 제1 홈은 상기 유로구분벽에 배치될 수 있다.
상기 유로구분벽은 상기 일측면으로부터 소정 간격 이격된 지점으로부터 상기 타측면을 향하는 방향으로 연장될 수 있다.
상기 유체유동부의 상기 일측면 측에 배치되고, 상기 유체유입구로 유체를 전달하는 제1 연결부재 및 상기 유체유동부의 상기 타측면 측에 배치되고, 상기 유체배출구로부터 배출된 상기 유체가 통과하는 제2 연결부재를 더 포함할 수 있다.
상기 일측면은 상기 제1 연결부재 내에 수용되도록 배치되고, 상기 타측면은 상기 제2 연결부재 내에 수용되도록 배치될 수 있다.
상기 제1 연결부재는 상기 유체유동부의 상기 타측면을 향하도록 배치된 제1 연결홀 및 상기 제1 연결홀의 가장자리에 배치된 제1 연결면을 포함하고, 상기 제2 연결부재는 상기 유체유동부의 상기 일측면을 향하도록 배치된 제2 연결홀 및 상기 제2 연결홀의 가장자리에 배치된 제2 연결면을 포함하며, 상기 제1 연결홀에는 상기 유체유동부의 상기 일측면이 삽입되고, 상기 제2 연결홀에는 상기 유체유동부의 상기 타측면이 삽입될 수 있다.
상기 제1 연결부재 및 상기 제2 연결부재는 각각 상기 유체유동부와 용접될 수 있다.
상기 제1 연결면과 상기 유체유동부 간 경계를 따라 제1 용접부가 배치되고, 상기 제2 연결면과 상기 유체유동부 간 경계를 따라 제2 용접부가 배치될 수 있다.
상기 유체유동부의 일측면과 상기 유로구분벽 간 최단거리는 상기 유체유동부의 일측면과 상기 제1 용접부 간 최장거리보다 길 수 있다.
상기 유체유동부의 상기 일측면과 상기 일면 사이 및 상기 유체유동부의 상기 일측면과 상기 타면 사이에는 경사면이 배치될 수 있다.
상기 유체유동부의 타면에는 상기 제2 열전소자와 상기 제1 방향으로 중첩된 제2 홈이 배치되고, 상기 제2 홈의 깊이는 상기 일면 및 상기 타면 간 거리보다 얕을 수 있다.
상기 제1 홈 및 상기 제2 홈 각각의 깊이는 상기 일면 및 상기 타면 간 거리의 1/2배보다 얕을 수 있다.
상기 유체유동부의 표면에 배치된 실드부재를 더 포함하고, 상기 실드부재 및 상기 유체유동부는 상기 실드부재 및 상기 제1 홀에 배치된 제2 결합부재에 의하여 고정될 수 있다.
상기 유체유동부의 일면에는 상기 제1 열전소자와 상기 제1 방향으로 중첩되지 않는 제2 홀이 더 배치되고, 상기 제2 홀은 상기 일면으로부터 상기 타면까지 관통하며, 상기 제2 홀의 크기는 상기 제1 홀의 크기보다 클 수 있다.
상기 제1 열전소자 및 상기 제2 열전소자 중 적어도 하나에 연결된 전선은 상기 제2 홀을 관통할 수 있다.
상기 제1 열전소자 상에 배치된 제1 히트싱크, 그리고 상기 제2 열전소자 상에 배치된 제2 히트싱크를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 구조가 간단하고, 조립이 용이하면서도 소정의 공간 내에 최대 개수의 열전소자를 수용할 수 있는 열전장치를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 고온부와 저온부 간 온도 차를 크게 하여 열전성능이 높은 열전장치를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 열전장치는 고온부와 저온부 간 온도 차를 이용하여 전기를 생성하는 발전장치에 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 열전장치는 유체 등의 특정 대상을 냉각 또는 가열하는 펠티에 장치에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치의 분해사시도이다.
도 3는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치에 포함되는 유체유동부의 한 면에 대한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치에 포함되는 유체유동부의 한 면에 복수의 열전모듈이 배치된 정면도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치에 포함되는 유체유동부의 한 면에 복수의 열전모듈 및 복수의 지지부재가 배치된 정면도이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치에 포함되는 열전모듈의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치에 포함되는 열전모듈의 제1 기판의 사시도이다.
도 10은 도 5에 도시된 유체유동부의 A-A'에 대한 단면도이다.
도 11(a)는 도 5에 도시된 유체유동부의 B-B'에 대한 단면도이다.
도 11(b)는 도 5에 도시된 유체유동부의 C-C'에 대한 단면도이다.
도 12 내지 도 13은 도 5에 도시된 유체유동부와 연결부재의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치의 분해사시도이다.
도 3는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치에 포함되는 유체유동부의 한 면에 대한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치에 포함되는 유체유동부의 한 면에 복수의 열전모듈이 배치된 정면도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치에 포함되는 유체유동부의 한 면에 복수의 열전모듈 및 복수의 지지부재가 배치된 정면도이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치에 포함되는 열전모듈의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치에 포함되는 열전모듈의 제1 기판의 사시도이다.
도 10은 도 5에 도시된 유체유동부의 A-A'에 대한 단면도이다.
도 11(a)는 도 5에 도시된 유체유동부의 B-B'에 대한 단면도이다.
도 11(b)는 도 5에 도시된 유체유동부의 C-C'에 대한 단면도이다.
도 12 내지 도 13은 도 5에 도시된 유체유동부와 연결부재의 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.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치의 분해사시도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 열전장치(1000)는 유체유동부(1100) 및 유체유동부(1100)의 표면에 배치된 열전모듈(1200)을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 열전장치(1000)는, 유체유동부(1100)의 내부를 통해 흐르는 제1 유체 및 유체유동부(1100)의 외부를 통과하는 제2 유체 간의 온도 차를 이용하여 전력을 생산할 수 있다. 복수 개의 열전장치(1000)는 소정 간격으로 이격되도록 평행하게 배치되어 발전 시스템을 이룰 수도 있다.
유체유동부(1100) 내로 유입되는 제1 유체는 물일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 냉각 성능이 있는 다양한 종류의 유체일 수 있다. 유체유동부(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. 유체유동부(1100)를 통과한 후 배출되는 제1 유체의 온도는 유체유동부(1100)로 유입되는 제1 유체의 온도보다 높을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유체유동부(1100)의 제1 면(1110) 및 제1 면(1110)에 대향하는 제2 면(1120)에는 복수의 열전모듈(1200)이 배치될 수 있다. 제1면(1110)과 제2면(1120) 사이의 일측면으로부터 제1면(1110)과 제2면(1120) 사이에서 일측면과 대향하는 타측면을 향하도록 제1 유체가 흐를 수 있다. 이를 위하여, 일측면에는 유체유입구가 배치되고, 타측면에는 유체배출구가 배치될 수 있다. 제1면(1110)과 제2면(1120) 사이의 상면인 제3면(1130)으로부터 제1면(1110)과 제2면(1120) 사이의 하면인 제4면(1140)을 향하도록 제2 유체가 흐를 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 본 명세서에서는 제1면(1110)으로부터 제2면(1120)을 향하는 방향을 제1 방향이라고 지칭하고, 제1 유체가 통과하는 방향을 제2 방향이라고 지칭하며, 제2 유체가 통과하는 방향을 제3 방향이라고 지칭할 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다.
제1 유체의 유입 및 배출을 용이하게 하고, 유체유동부(1100)를 지지하기 위하여, 유체유동부(1100)의 유체 유입구 측 및 유체 배출구 측에는 각각 제1 연결부재(1800-1) 및 제2 연결부재(1800-2)가 배치될 수 있다. 본 명세서에서, 제1 연결부재(1800-1) 및 제2 연결부재(1800-2)는 각각 제1 확관부재(1800-1) 및 제2 확관부재(1800-2)와 혼용될 수 있다. 또는, 본 명세서에서, 제1 연결부재(1800-1) 및 제2 연결부재(1800-2)는 각각 제1 확관블록(1800-1) 및 제2 확관블록(1800-2)과 혼용될 수도 있다.
한편, 제2 유체는 유체유동부(1100)의 외부, 예를 들어 유체유동부(1100)의 외부에 배치된 열전모듈(1200)의 히트싱크를 통과한다. 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, 유체유동부(1100)의 내부를 통해 흐르는 제1 유체의 온도는 유체유동부(1100)의 외부에 배치된 열전모듈(1200)의 히트싱크를 통과하는 제2 유체의 온도보다 낮은 것을 예로 들어 설명한다. 이에 따라, 본 명세서에서, 유체유동부(1100)는 덕트 또는 냉각부라 지칭될 수 있다. 다만, 본 발명의 실시예는 이로 제한되는 것은 아니며, 유체유동부(1100)의 내부를 통해 흐르는 제1 유체의 온도는 유체유동부(1100)의 외부에 배치된 열전모듈(1200)의 히트싱크를 통과하는 제2 유체의 온도보다 높을 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열전모듈(1200)은 열전소자 및 열전소자 상에 배치된 히트싱크를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 열전소자는 도 3 내지 4에 예시된 열전소자(100)의 구조를 가질 수 있다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 열전소자(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)를 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.
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 열전소자의 외부환경으로부터 보호를 위한 실링부재가 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, 열전모듈의 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.
다시 도 1 내지 도 2를 참조하면, 유체유동부(1100)의 제1면(1110) 및 제2면(1120)에는 복수의 열전모듈(1200)이 배치될 수 있다.
전술한 바와 같이, 각 열전소자는 유체유동부(1100)에 접촉하도록 배치된 제1기판(110), 제1 기판(110) 상에 배치된 복수의 제1 전극(120), 복수의 제1 전극(120) 상에 배치된 복수의 열전레그(130, 140), 복수의 열전레그(130, 140) 상에 배치된 복수의 제2 전극(150) 및 복수의 제2 전극(150) 상에 배치된 제2 기판(160)을 포함하며, 제2 기판(160) 상에 히트싱크가 배치된다. 이때, 유체유동부(1100) 상에 배치되는 열전소자의 제1 기판은 금속 기판일 수 있고, 금속 기판은 유체유동부(1100)의 표면과 열전달물질(thermal interface material, TIM, 미도시)에 의하여 접착될 수 있다. 금속 기판은 열전달 성능이 우수하므로, 열전소자와 유체유동부(1100) 간의 열전달이 용이하다. 또한, 금속 기판과 유체유동부(1100)가 열전달물질(thermal interface material, TIM)에 의하여 접착되면, 금속 기판과 유체유동부(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.
복수의 열전모듈(1200) 각각은 생산되는 전기를 외부로 추출하거나, 펠티어로 이용하기 위해 전기를 인가하기 위한 커넥터부를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 지지부재(1400)를 커넥터부의 주변에 배치하여 열전모듈(1200)과 유체유동부(1100) 간 접합력을 균일하게 유지하고, 커넥터부에 연결되는 전선(W)을 보호할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 열전모듈(1200) 내로 수분 또는 오염물질이 침투하는 것을 방지하기 위하여, 실드부재(1500)가 더 배치될 수 있다. 실드부재(1500)는 유체유동부(1100)의 제1면(1110)에 배치되는 제1 실드부재(1510) 및 유체유동부(1100)의 제2면(1120)에 배치되는 제2 실드부재(1520)를 포함할 수 있다. 제1 실드부재(1510) 및 제2 실드부재(1520)는 각각 열전소자의 제2 기판 상에 배치될 수 있다. 이때, 제2 유체가 히트싱크를 통과하기 위하여, 제1 실드부재(1510) 및 제2 실드부재(1520)에는 각각 관통홀(1512, 1522)이 형성되며, 관통홀(1512, 1522)의 가장자리는 열전소자의 제2 기판 상에 배치되어 관통홀(1512, 1522)을 통하여 히트싱크가 노출될 수 있다. 이에 따르면, 열전소자 내부를 외부의 오염 물질, 수분 및 제2 유체로부터 보호할 수 있으면서도, 제2 유체가 히트싱크를 직접 통과할 수 있으므로, 제2 유체와 히트싱크 간 열교환이 효율적으로 이루어질 수 있다. 본 발명의 한 실시예에 따르면, 실드부재(1500)는 유체유동부(1100)의 제3면(1130)에 배치되는 제3 실드부재(1530) 및 유체유동부(1100)의 제4면(1140)에 배치되는 제4 실드부재(1540)를 더 포함할 수 있다. 제2 유체는 유체유동부(1100)의 제3면(1130)으로부터 제4면(1140)을 향하는 방향으로 흐를 수 있으므로, 유체유동부(1100)의 제3면(1130)과 제3 실드부재(1530) 사이 및 제4면(1140)과 제4 실드부재(1540) 사이 각각에는 단열부재가 더 배치될 수도 있다. 이에 따르면, 유체유동부(1100)의 내부에서 흐르는 제1 유체 및 유체유동부(1100)의 외부에서 흐르는 제2 유체가 서로 단열되므로, 열전소자의 열전성능을 높일 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 유체유동부(1100)의 제1면(1110) 및 제2면(1120)에는 가이드부재(1700)가 더 배치될 수 있다. 가이드부재(1700)는 열전모듈(1200)에 연결된 전선을 외부로 가이드하는 역할을 할 수 있다. 가이드부재(1700)는 유체유동부(1100)의 제1면(1110) 및 제2면(1120) 각각 상에서 열전모듈(1200)의 측면에 배치될 수 있다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치에 포함되는 유체유동부의 한 면에 대한 사시도이고, 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치에 포함되는 유체유동부의 한 면에 복수의 열전모듈이 배치된 정면도이며, 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치에 포함되는 유체유동부의 한 면에 복수의 열전모듈 및 복수의 지지부재가 배치된 정면도이며, 도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치에 포함되는 열전모듈의 사시도이고, 도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치에 포함되는 열전모듈의 제1 기판의 사시도이며, 도 10은 도 5에 도시된 유체유동부의 A-A'에 대한 단면도이고, 도 11(a)는 도 5에 도시된 유체유동부의 B-B'에 대한 단면도이며, 도 11(b)는 도 5에 도시된 유체유동부의 C-C'에 대한 단면도이고, 도 12 내지 도 13은는 도 5에 도시된 유체유동부와 연결부재의 단면도이다.
도 5 내지 도 9를 참조하면, 유체유동부(1100)의 제1면(1100)에는 열전모듈(1200)이 배치된다. 이하에서, 설명의 편의를 위하여 유체유동부(1100)의 제1면(1110)에 배치된 열전모듈(1200)만을 설명하고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 제1면(1110)의 반대 면인 제2면(1120)에도 동일한 구조가 적용될 수 있다. 유체유동부(1100) 및 열전모듈(1200)과 관련하여, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 내용과 동일한 내용에 대해서는 중복된 설명을 생략한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열전모듈(1200)의 제1 기판(1212)은 유체유동부(1100)의 제1면(1110)에 배치된다. 이때, 제1 기판(1212)은 유체유동부(1100)의 제1면(1110)에 직접 접촉하도록 배치되거나, 열전달물질(thermal interface material, TIM) 등을 통하여 간접 접촉하도록 배치될 수 있다. 제1 기판(1212)은 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 제1 기판(110)일 수 있다. 이에 따라, 제1 기판(1212)과 관련하여, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 제1 기판(110)과 동일한 내용에 대해서는 중복된 설명을 생략한다.
도 8 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 열전모듈(1200)의 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 배치되고, 제1 영역(A1)의 일측인 제2 영역(A2)에는 제1 전극에 연결된 커넥터부(210, 220)가 배치될 수 있다. 여기서, 복수의 제1 전극, 복수의 열전 레그, 복수의 제2 전극 및 제2 기판은 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 복수의 제1 전극(120), 복수의 열전 레그(130, 140), 복수의 제2 전극(150) 및 제2 기판(160)일 수 있다. 도 8에서 제2 기판 및 히트싱크(1220)는 4분할된 예를 도시하고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 하나의 제1 기판에 대하여 하나의 제2 기판 및 히트싱크(1220)가 배치되거나, 하나의 제1 기판에 대하여 2 이상으로 제2 기판 및 히트싱크가 분할되어 배치될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 유체유동부(1100)와 열전모듈(1200)은 결합부재(1300)에 의하여 결합될 수 있다. 이를 위하여, 도 5에 도시된 바와 같이, 유체유동부(1100)의 제1면(1110)에는 열전모듈(1200)의 제1 기판(1212)과 제1 방향, 즉 제1면(1110)으로부터 제2면(1120)을 향하는 방향으로 중첩되도록 형성된 제1 홈(S11)이 형성될 수 있으며, 도 9에 도시된 바와 같이, 열전모듈(1200)의 제1 기판(1212)의 제1 영역(A1)에는 제1 홈(S11)에 대응하는 관통홀(S12)이 형성될 수 있다. 이와 함께, 도 8에 도시된 바와 같이, 열전모듈(1200)의 제2 기판(미도시) 및 히트싱크(1220)에도 제1홈(S11) 및 관통홀(S12)에 대응하는 관통홀(S13)이 형성될 수 있다. 이에 따르면, 도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이 제1 결합부재(1310)는 제1홈(S11), 관통홀(S12) 및 관통홀(S13)에 결합되며, 이에 따라 유체유동부(1100)와 열전모듈(1200)이 결합될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 유체유동부(1100)의 제1면(1110)에는 제2 홈(S21)이 더 형성될 수 있으며, 열전모듈(1200)의 제1 기판(1212)의 제2 영역(A2)에도 제2 홈(S21)에 대응하는 관통홀(S22)이 더 형성될 수 있다. 이와 함께, 제1 기판(1212)의 제2 영역(A2)에는 지지부재(1400)가 더 배치되며(도 7 참조), 지지부재(1400), 제1 기판(1212)의 관통홀(S22) 및 유체유동부(1100)의 제2 홈(S21)은 제2 결합부재(1320)에 의하여 결합될 수 있다.
이에 따르면, 열전모듈(1200)의 제1 기판(1212)의 제1 영역(A1)뿐만 아니라 제2 영역(A2)도 유체유동부(1100)에 결합될 수 있으므로, 열전모듈(1200)의 제1 기판(1212) 전체에 대하여 유체유동부(1100)와 고른 접합력을 가질 수 있으며, 제1 기판(1212) 전체에 대하여 열이 고르게 분포될 수 있다. 특히, 지지부재(1400)를 이용하여 열전모듈(1200)의 제1 기판(1212)과 유체유동부(1100)가 결합될 경우, 지지부재(1400)의 적용으로 인해 제2 결합부재(1320)의 체결 토크를 높일 수 있다. 이에 따르면, 진동 조건 하에서도 제2 결합부재(1320)가 풀릴 가능성이 낮으므로, 열전모듈(1200)이 유체유동부(1100)에 더욱 견고하게 부착될 수 있다.
한편, 도 5를 참조하면, 유체유동부(1100)는 제1면(1110) 및 제2면(1120) 사이의 일측면(1150)에 유체유동부(1100)의 유체유입구(1152)가 배치되고, 제1면(1110) 및 제2면(1120) 사이의 타측면에 유체유동부(1100)의 유체배출구가 배치될 수 있다.
도 10을 참조하면, 유체유동부(1100)의 일측면(1150)으로부터 타측면(1160)을 향하는 제2 방향으로 연장되는 복수의 유로(1100F1, 1100F2, 1100F3)가 형성되며, 복수의 유로(1100F1, 1100F2, 1100F3) 사이에는 복수의 유로(1100F1, 1100F2, 1100F3)를 구분하는 유로구분벽(1100W1, 1100W2)이 배치될 수 있다.
유체유동부(1100) 내에 복수의 유로(1100F1, 1100F2, 1100F3)가 형성되면, 유체유동부(1100) 내로 유입된 제1 유체가 복수의 유로(1100F1, 1100F2, 1100F3) 내에 고르게 분산되므로, 열전모듈(1200) 내에서 고른 열전성능을 얻을 수 있다.
한편, 도 11(a)를 참조하면, 제1홈(S11)은 유로구분벽(1100W1, 1100W2) 내에 형성될 수 있다. 이에 따르면, 유체유동부(1100) 내로 유입된 제1 유체가 제1홈(S11)을 통하여 외부로 누설되는 문제를 방지할 수 있다.
이때, 제1홈(S11)의 깊이(t)는 유체유동부(1100)의 제1면(1110) 및 제2면(1120) 간 거리(T)보다 얕을 수 있다. 이에 따르면, 제1홈(S11)은 유체유동부(1100)의 제1면(1110)으로부터 제2면(1120)까지 관통하지 않으므로, 유체유동부(1100)의 제1면(1110)과 열전모듈(1200)의 제1기판(1212) 사이에 도포된 열전달물질(TIM)이 제2면(1120)으로 흘러가는 문제를 방지할 수 있으며, 제1면(1110)에 도포된 열전달물질로 인하여 제2면(1120)에서 열전모듈(1200)의 접합 성능이 낮아지는 문제를 방지할 수 있다. 여기서, 열전달물질은 열전달성능 및 접착성능을 가지는 물질로, 써멀그리스(thermal grease), 써멀페이스트(thermal paste), 써멀컴파운드(thermal compound) 등으로 지칭될 수 있다. 열전달물질은, 예를 들어 실리콘 오일 내에 산화알루미늄, 단결정 다이아몬드 및 금속 입자 중 적어도 하나가 분산된 형태일 수 있다.
제1홈(S11)의 깊이(t)는, 예를 들어 유체유동부(1100)의 제1면(1110) 및 제2면(1120) 간 거리(T)의 1/2배보다 얕을 수 있다. 이에 따르면, 유체유동부(1100)의 제2면(1120)에서 제1홈(S11)에 대칭하는 위치에도 홈(S11A)이 형성되며, 열전모듈이 체결될 수 있다.
한편, 다시 도 5 내지 도 7 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 유체유동부(1100)의 제1면(1110)에는 열전모듈(1200)과 중첩되지 않도록 홀(S31, S41)이 형성될 수 있다. 홀(S31, S41)은 유체유동부(1100)의 제1면(1110)으로부터 제2면(1120)까지 관통하도록 형성될 수 있다. 홀(S31, S41)은 가이드부재(1700) 또는 실드부재(1500)가 체결되기 위한 홀일 수 있다. 예를 들어, 가이드부재(1700)가 체결되기 위한 홀(S31)은 유체유동부(1100)의 유로구분벽(1100W1, 1100W2)에 배치될 수 있다. 도 11(b)에 도시된 바와 같이, 가이드부재(1700)가 체결되기 위한 홀(S31)은 유체유동부(1100)의 유로구분벽(1100W1, 1100W2)을 관통하도록 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 유체유동부(1100)와 열전모듈(1200) 간 열전달 성능을 최대화하기 위하여 유체유동부(1100)와 열전모듈(1200) 사이에 열전달물질(TIM)이 배치될 수 있다. 이에 반해, 가이드부재(1700) 또는 실드부재(1500)는 유체유동부(1100) 상에 열전달물질(TIM)없이 배치된 후 결합부재를 이용하여 체결될 수 있다. 이에 따라, 가이드부재(1700) 또는 실드부재(1500)가 체결되기 위한 홀(S31, S41)은 유체유동부(1100)의 제1면(1110) 및 제2면(1120)을 관통하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유체유동부(1100)의 제1면(1110)에는 열전모듈(1200)과 중첩되지 않도록 홀(S51)이 더 형성될 수 있다. 홀(S51)은 유체유동부(1100)의 제1면(1110)으로부터 제2면(1120)까지 관통하도록 형성될 수 있으며, 열전모듈(1200)에 연결된 전선(W)이 통과하기 위한 홀일 수 있다. 이를 위하여, 홀(S51)은 다른 홀(S31, S41)보다 큰 면적을 가질 수 있다. 이에 따르면, 제1면(1110)의 열전모듈(1200)에 연결된 전선(W)은 관통홀(S51)을 통하여 제2면(1120)의 열전모듈과 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 도 10, 도 12 내지 도 13을 참조하면, 유체유동부(1100)의 일측면(1150) 측에는 제1 연결부재(1800-1)가 배치되고, 유체유동부(1100)의 타측면(1160) 측에는 제2 연결부재(1800-2)가 배치될 수 있다. 제1 연결부재(1800-1)는 유체공급부(미도시)의 유체를 유체유동부(1100)의 유체유입구(1152)로 전달하는 역할을 하며, 제2 연결부재(1800-2)는 유체유동부(1100)의 유체배출구의 유체를 유체회수부(미도시)로 전달하는 역할을 할 수 있다.
이를 위하여, 유체유동부(1100)의 일측면(1150)은 제1 연결부재(1800-1) 내에 수용되도록 배치되고, 타측면(1160)은 제2 연결부재(1800-2) 내에 수용되도록 배치될 수 있다.
제1 연결부재(1800-1)는 유체공급부(미도시)를 향하도록 배치되는 면(1810) 및 면(1810)에 대향하도록 배치되는 면(1820)을 포함할 수 있다. 면(1820)은 유체유동부(1100)의 타측면(1160)을 향하도록 배치된 제1 연결홀(1822) 및 제1 연결홀(1822)의 가장자리에 배치된 제1 연결면(1824)을 포함할 수 있다. 이와 마찬가지로, 제2 연결부재(1800-2)는 유체유동부(1100)의 일측면(1150)을 향하도록 배치된 제2 연결홀 및 제2 연결홀의 가장자리에 배치된 제2 연결면을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 연결홀(1822)에는 유체유동부(1100)의 일측면(1150)이 삽입되고, 제2 연결홀에는 유체유동부(1100)의 타측면(1160)이 삽입될 수 있다. 여기서, 제1 연결부재(1800-1)와 유체유동부(1100)가 제1 연결홀(1822) 내에서 중첩되는 길이(L1)는 9mm 이상일 수 있다. 이와 같이, 유체유동부(1100)의 일측면(1150)이 제1 연결부재(1800-1) 내에 수용되면, 제1 연결부재(1800-1) 및 유체유동부(1100)가 안정적으로 고정될 수 있다.
이때, 유체유동부(1100)의 제5면(1150)과 제1면(1110), 제2면(1120), 제3면(1130) 및 제4면(1140) 사이에는 경사면(1170)이 배치될 수 있다. 이에 따르면, 제1 연결부재(1800-1)의 제1 연결홀(1822) 내로 유체유동부(1100)의 제5면(1150)이 용이하게 삽입될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유체유동부(1100)의 제5면(1150)은 제1 연결부재(1800-1)의 제1 연결홀(1822)의 측면(1826)과 이격되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 유체유동부(1100)의 제5면(1150)은 제1 연결부재(1800-1)의 제1 연결홀(1822)의 측면(1826) 간 이격 거리(L2)는 3 내지 7mm, 바람직하게는 4 내지 6mm일 수 있다. 이에 따르면, 제1 연결부재(1800-1)의 제1 연결홀(1822)의 측면(1826)으로부터 배출된 유체는 유체유동부(1100)에 유입되기 전 고르게 섞인 후 분산될 수 있으며, 열전모듈(1200) 전 영역에서 고른 열전성능을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유체유동부(1100)의 제5면(1150) 측이 제1 연결부재(1800-1)의 제1 연결홀(1822) 내에 수용된 후, 유체유동부(1100)와 제1 연결부재(1800-1)는 용접될 수 있다. 이에 따르면, 용접부(1900)가 제1 연결부재(1800-1)의 제1 연결면(1824)과 유체유동부(1100) 간 경계를 따라 배치될 수 있다. 예를 들어, 용접부(1900)는 제1 연결면(1824)과 유체유동부(1100)의 제1면(1110), 제2면(1120), 제3면(1130) 및 제4면(1140) 간 경계를 따라 형성될 수 있다. 이에 따르면, 제1 연결부재(1800-1)를 통하여 유체유동부(1100)로 유입되는 유체가 누설되는 문제를 방지할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 유체유동부(1100) 내부에는 복수의 유로(1100F1, 1100F2, 1100F3)를 구분하는 유로구분벽(1100W1, 1100W2) 내에 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 유로구분벽(1100W1, 1100W2)은 유체유입구(1152)가 배치된 제5면(1150)으로부터 소정 간격 이격된 지점으로부터 제6면(1160)을 향하는 방향으로 연장될 수 있다. 이에 따르면, 제1 연결부재(00)의 제1 연결홀(1822)의 측면(1826)으로부터 배출된 유체는 유체유동부(1100) 내부의 복수의 유로(1100F1, 1100F2, 1100F3)에 유입되기 전 고르게 섞인 후 분산될 수 있으며, 열전모듈(1200) 전 영역에서 고른 열전성능을 가질 수 있다.
이때, 용접부(1900)와 유로구분벽(1100W1, 1100W2)는 제1 방향으로 서로 중첩되지 않도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 유체유동부(1100)에서 제5면(1150)과 유로구분벽(1100W1, 1100W2) 간 최단거리(P1)는 유체유동부(1100)의 제5면(1150)과 용접부(1900) 간 최장거리(P2)보다 길 수 있다. 유체유동부(1100)의 내부에 유로구분벽(1100W1, 1100W2)이 형성되면, 유체유동부(1100)의 제1면(1110) 및 제2면(1120)은 유로구분벽(1100W1, 1100W2)을 따라 미세하게 굴곡질 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라 용접부(1900)가 유로구분벽(1100W1, 1100W2)과 중첩되지 않도록 형성되면, 용접의 균일도 및 품질을 높일 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 열전모듈과 유체유동부 간 접합력을 개선하여 열전소자의 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 (17)
- 일면 및 상기 일면과 제1 방향으로 이격된 타면을 포함하는 유체유동부,
상기 유체유동부의 일면에 배치된 제1 열전소자, 그리고
상기 유체유동부의 타면에 배치된 제2 열전소자를 포함하고,
상기 유체유동부의 일면에는 상기 제1 열전소자와 상기 제1 방향으로 중첩된 제1 홈 및 상기 제1 열전소자와 상기 제1 방향으로 중첩되지 않은 제1 홀이 배치되고,
상기 제1 홈의 깊이는 상기 일면 및 상기 타면 간 거리보다 얕고,
상기 제1 홀은 상기 일면으로부터 상기 타면까지 관통하는 열전장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 열전소자 및 상기 유체유동부는 상기 제1 열전소자 및 상기 제1 홈에 배치된 제1 결합부재에 의하여 고정된 열전장치. - 제2항에 있어서,
상기 일면 및 상기 타면 사이의 일측면에 상기 유체유동부의 유체유입구가 배치되고, 상기 일면 및 상기 타면 사이에서 상기 일측면에 대향하는 타측면에 상기 유체유동부의 유체배출구가 배치되며,
상기 유체유동부는 상기 일측면으로부터 상기 타측면을 향하는 제2 방향으로 연장된 복수의 유로를 포함하며,
상기 복수의 유로 사이에는 상기 복수의 유로를 구분하는 유로구분벽이 배치되고,
상기 제1 홈은 상기 유로구분벽에 배치된 열전장치. - 제3항에 있어서,
상기 유로구분벽은 상기 일측면으로부터 소정 간격 이격된 지점으로부터 상기 타측면을 향하는 방향으로 연장된 열전장치. - 제4항에 있어서,
상기 유체유동부의 상기 일측면 측에 배치되고, 상기 유체유입구로 유체를 전달하는 제1 연결부재 및 상기 유체유동부의 상기 타측면 측에 배치되고, 상기 유체배출구로부터 배출된 상기 유체가 통과하는 제2 연결부재를 더 포함하는 열전장치. - 제5항에 있어서,
상기 일측면은 상기 제1 연결부재 내에 수용되도록 배치되고, 상기 타측면은 상기 제2 연결부재 내에 수용되도록 배치되는 열전장치. - 제6항에 있어서,
상기 제1 연결부재는 상기 유체유동부의 상기 타측면을 향하도록 배치된 제1 연결홀 및 상기 제1 연결홀의 가장자리에 배치된 제1 연결면을 포함하고, 상기 제2 연결부재는 상기 유체유동부의 상기 일측면을 향하도록 배치된 제2 연결홀 및 상기 제2 연결홀의 가장자리에 배치된 제2 연결면을 포함하며,
상기 제1 연결홀에는 상기 유체유동부의 상기 일측면이 삽입되고, 상기 제2 연결홀에는 상기 유체유동부의 상기 타측면이 삽입된 열전장치. - 제7항에 있어서,
상기 제1 연결부재 및 상기 제2 연결부재는 각각 상기 유체유동부와 용접된 열전장치. - 제8항에 있어서,
상기 제1 연결면과 상기 유체유동부 간 경계를 따라 제1 용접부가 배치되고, 상기 제2 연결면과 상기 유체유동부 간 경계를 따라 제2 용접부가 배치된 열전장치. - 제9항에 있어서,
상기 유체유동부의 일측면과 상기 유로구분벽 간 최단거리는 상기 유체유동부의 일측면과 상기 제1 용접부 간 최장거리보다 긴 열전장치. - 제6항에 있어서,
상기 유체유동부의 상기 일측면과 상기 일면 사이 및 상기 유체유동부의 상기 일측면과 상기 타면 사이에는 경사면이 배치된 열전장치. - 제2항에 있어서,
상기 유체유동부의 타면에는 상기 제2 열전소자와 상기 제1 방향으로 중첩된 제2 홈이 배치되고,
상기 제2 홈의 깊이는 상기 일면 및 상기 타면 간 거리보다 얕은 열전장치. - 제12항에 있어서,
상기 제1 홈 및 상기 제2 홈 각각의 깊이는 상기 일면 및 상기 타면 간 거리의 1/2배보다 얕은 열전장치. - 제1항에 있어서,
상기 유체유동부의 표면에 배치된 실드부재를 더 포함하고,
상기 실드부재 및 상기 유체유동부는 상기 실드부재 및 상기 제1 홀에 배치된 제2 결합부재에 의하여 고정된 열전장치. - 제1항에 있어서,
상기 유체유동부의 일면에는 상기 제1 열전소자와 상기 제1 방향으로 중첩되지 않는 제2 홀이 더 배치되고,
상기 제2 홀은 상기 일면으로부터 상기 타면까지 관통하며,
상기 제2 홀의 크기는 상기 제1 홀의 크기보다 큰 열전장치. - 제15항에 있어서,
상기 제1 열전소자 및 상기 제2 열전소자 중 적어도 하나에 연결된 전선은 상기 제2 홀을 관통하는 열전장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 열전소자 상에 배치된 제1 히트싱크, 그리고
상기 제2 열전소자 상에 배치된 제2 히트싱크를 더 포함하는 열전장치.
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