KR20230136096A

KR20230136096A - Heat conversion device

Info

Publication number: KR20230136096A
Application number: KR1020230123083A
Authority: KR
Inventors: 전성재
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2018-01-11
Filing date: 2023-09-15
Publication date: 2023-09-26
Also published as: KR102487432B1; KR20190085705A; KR102580765B1; KR20230010047A

Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치는 냉각용 유체가 통과하는 덕트, 상기 덕트의 제 1 표면에 배치된 제1 열전모듈, 그리고 상기 덕트의 제 1 표면에 평행하게 배치된 제 2 표면에 배치된 제2 열전모듈을 포함하고, 상기 제1 열전모듈 및 상기 제2 열전모듈 각각은, 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면에 각각 배치된 복수의 열전소자, 그리고 상기 복수의 열전소자 상에 배치된 복수의 히트싱크를 포함하며, 각 열전소자는, 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 배치된 복수의 제1 전극, 상기 복수의 제1 전극 상에 배치된 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그, 상기 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그 상에 배치된 복수의 제2 전극, 그리고 상기 복수의 제2 전극 상에 배치된 제2 기판을 포함하며, 상기 각 열전소자에 포함된 복수의 제1 전극 중 가장자리 열 또는 가장자리 행에 배치된 적어도 하나의 제1 전극의 크기 또는 형상은 나머지 제1 전극의 크기 또는 형상과 상이하고, 상기 복수의 열전소자에 포함된 복수의 제1 기판은 서로 연결된다.A heat conversion device according to an embodiment of the present invention includes a duct through which a cooling fluid passes, a first thermoelectric module disposed on the first surface of the duct, and a second surface disposed parallel to the first surface of the duct. It includes a second thermoelectric module disposed, wherein each of the first thermoelectric module and the second thermoelectric module includes a plurality of thermoelectric elements disposed on the first surface and the second surface, respectively, and on the plurality of thermoelectric elements. It includes a plurality of heat sinks disposed, and each thermoelectric element includes a first substrate, a plurality of first electrodes disposed on the first substrate, a plurality of P-type thermoelectric legs disposed on the plurality of first electrodes, and It includes a plurality of N-type thermoelectric legs, a plurality of second electrodes disposed on the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs, and a second substrate disposed on the plurality of second electrodes, The size or shape of at least one first electrode disposed in an edge row or edge row among the plurality of first electrodes included in each thermoelectric element is different from the size or shape of the remaining first electrodes and included in the plurality of thermoelectric elements. The plurality of first substrates are connected to each other.

Description

Heat conversion device {HEAT CONVERSION DEVICE}

본 발명은 열변환장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 더운 기체로부터의 열을 이용하여 발전시키는 열변환장치에 관한 것이다.The present invention relates to a heat conversion device, and more specifically, to a heat conversion device that generates power using heat from hot gas.

열전현상은 재료 내부의 전자(electron)와 정공(hole)의 이동에 의해 발생하는 현상으로, 열과 전기 사이의 직접적인 에너지 변환을 의미한다.Thermoelectric phenomenon is a phenomenon caused by the movement of electrons and holes inside a material, and means direct energy conversion between heat and electricity.

열전 소자는 열전현상을 이용하는 소자를 총칭하며, P형 열전 재료와 N형 열전 재료를 금속 전극들 사이에 접합시켜 PN 접합 쌍을 형성하는 구조를 가진다. Thermoelectric devices are a general term for devices that use thermoelectric phenomena, and have a structure in which a P-type thermoelectric material and an N-type thermoelectric material are joined between metal electrodes to form a PN junction pair.

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.Thermoelectric devices can be divided into devices that use temperature changes in electrical resistance, devices that use the Seebeck effect, a phenomenon in which electromotive force is generated due to a temperature difference, and devices that use the Peltier effect, a phenomenon in which heat absorption or heat generation occurs due to current. .

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.Thermoelectric elements are widely applied to home appliances, electronic components, and communication components. For example, thermoelectric elements can be applied to cooling devices, heating devices, power generation devices, etc. Accordingly, the demand for thermoelectric performance of thermoelectric devices is increasing.

최근, 자동차, 선박 등의 엔진으로부터 발생한 폐열 및 열전소자를 이용하여 전기를 발생시키고자 하는 니즈가 있다. 이러한 발전 장치는 대규모로 제작될 수 있다.Recently, there is a need to generate electricity using waste heat generated from engines of automobiles, ships, etc. and thermoelectric elements. These power generation devices can be manufactured on a large scale.

한편, 열전소자는 기판, 전극 및 열전 레그를 포함하며, 상부기판과 하부기판 사이에 복수의 열전 레그가 어레이 형태로 배치되며, 복수의 열전 레그와 상부기판 사이에 복수의 상부 전극이 배치되고, 복수의 열전 레그와 및 하부기판 사이에 복수의 하부전극이 배치된다. 여기서, 복수의 상부전극 및 복수의 하부전극은 열전 레그들을 직렬 연결한다. Meanwhile, the thermoelectric element includes a substrate, an electrode, and a thermoelectric leg. A plurality of thermoelectric legs are arranged in an array between the upper substrate and the lower substrate, and a plurality of upper electrodes are arranged between the plurality of thermoelectric legs and the upper substrate, A plurality of lower electrodes are disposed between the plurality of thermoelectric legs and the lower substrate. Here, the plurality of upper electrodes and the plurality of lower electrodes connect the thermoelectric legs in series.

이때, 복수의 열전 레그 중 일부의 열전 레그가 파손 등에 의해 전기적으로 개방(open)되더라도, 열전 소자 전체를 사용할 수 없게 되는 문제가 있다. 특히, 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그를 교대로 정렬하여, 각 전극 상에 한 쌍의 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그를 실장하는 과정에서, 정렬이 어긋나게 되어 파손 등에 의해 전기적으로 개방(open)되는 경우가 흔히 발생할 수 있다.At this time, even if some of the thermoelectric legs are electrically open due to damage or the like, there is a problem in that the entire thermoelectric element cannot be used. In particular, in the process of aligning a plurality of P-type thermoelectric legs and a plurality of N-type thermoelectric legs alternately and mounting a pair of P-type thermoelectric legs and N-type thermoelectric legs on each electrode, the alignment may become misaligned, resulting in damage, etc. Electrically open cases can occur frequently.

이러한 문제는 대규모로 제작되는 발전 장치에서 더욱 심각하게 작용할 수 있으며, 열전 레그 하나의 파손 등에 의해 전기적으로 개방(open)으로 인하여 전체 발전 장치를 사용할 수 없는 경우가 발생할 수 있다. This problem can become more serious in power generation devices manufactured on a large scale, and the entire power generation device may become unusable due to electrical openness due to damage to one thermoelectric leg, etc.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 폐열을 이용하여 발전하는 열변환장치를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a heat conversion device that generates power using waste heat.

상기 나머지 제1 전극의 형상은 직사각 형상이고, 상기 가장자리 열 또는 가장자리 행에 배치된 적어도 하나의 제1 전극의 형상은 상기 직사각 형상의 적어도 한면이 돌출된 형상일 수 있다.The shape of the remaining first electrodes may be rectangular, and the shape of at least one first electrode disposed in the edge row or edge row may be such that at least one side of the rectangular shape protrudes.

상기 복수의 제1 전극 중 모서리에 배치된 적어도 하나의 제1 전극은 이웃하는 다른 열전소자에 포함되는 복수의 제1 전극 중 모서리에 배치된 적어도 하나의 제1 전극과 연결될 수 있다.At least one first electrode disposed at a corner among the plurality of first electrodes may be connected to at least one first electrode disposed at a corner among the plurality of first electrodes included in another neighboring thermoelectric element.

상기 복수의 제1 전극은 N개의 열 및 M개의 행으로 배치되고, 제1열의 제1행에 배치된 제1 전극은 상기 직사각 형상에서 이웃하는 다른 열전소자 방향 및 제2열 방향으로 각각 돌출된 형상이고, 제3 열의 제1 행에 배치된 제1 전극은 상기 직사각 형상에서 상기 제2 열 방향으로 돌출된 형상이며, 제N열의 제1행에 배치된 제1 전극은 상기 직사각 형상에서 이웃하는 다른 열전소자 방향 및 제N-1열 방향으로 각각 돌출된 형상이고, 제N-2열의 제1 행에 배치된 제1 전극은 상기 직사각 형상에서 상기 제N-1 열 방향으로 돌출된 형상일 수 있다.The plurality of first electrodes are arranged in N columns and M rows, and the first electrode disposed in the first row of the first column protrudes in the direction of other thermoelectric elements neighboring the rectangular shape and in the direction of the second column, respectively. shape, the first electrode disposed in the first row of the third column has a shape that protrudes from the rectangular shape in the direction of the second column, and the first electrode disposed in the first row of the Nth column is adjacent to the rectangular shape. It has a shape that protrudes in the direction of other thermoelectric elements and the N-1th column, respectively, and the first electrode disposed in the first row of the N-2th column may have a shape that protrudes in the N-1th column direction from the rectangular shape. there is.

한 열전소자의 제N열의 제1행에 배치된 제1 전극과 상기 한 열전소자에 이웃하는 다른 열전소자의 제1 열의 제1행에 배치된 제1 전극은 서로 연결될 수 있다.A first electrode disposed in the first row of the N-th column of one thermoelectric element and a first electrode disposed in the first row of the first column of another thermoelectric element adjacent to the one thermoelectric element may be connected to each other.

제1열의 제1행에 배치된 제1 전극의 상기 제2 열 방향으로 돌출된 형상과 상기 제3 열의 제1 행에 배치된 제1 전극의 상기 제2 열 방향으로 돌출된 형상은 서로 솔더링되거나, 와이어에 의하여 연결될 수 있다.The protruding shape of the first electrode disposed in the first row of the first column in the second column direction and the protruding shape of the first electrode disposed in the first row of the third column in the second column direction are soldered to each other. , can be connected by wire.

상기 제1 기판은 에폭시 수지 및 무기충전재를 포함하는 수지 조성물로 이루어지며, 상기 제1 표면과 상기 제1 기판 사이 및 상기 제2 표면과 상기 제1 기판 사이에는 각각 알루미늄 플레이트가 더 배치될 수 있다.The first substrate is made of a resin composition containing an epoxy resin and an inorganic filler, and an aluminum plate may be further disposed between the first surface and the first substrate and between the second surface and the first substrate, respectively. .

상기 복수의 열전소자에 포함된 복수의 제1 기판의 전체 면적은 상기 복수의 열전소자에 포함된 복수의 제2 기판의 전체 면적보다 넓고, 상기 복수의 열전소자 각각에 포함된 복수의 제1 전극 중 가장자리 열 및 가장자리 행에 배치된 복수의 제1 전극 중 적어도 일부는 상기 복수의 열전소자 각각에 포함된 제2 기판의 가장자리를 기준으로 측면으로 노출될 수 있다.The total area of the plurality of first substrates included in the plurality of thermoelectric elements is larger than the total area of the plurality of second substrates included in the plurality of thermoelectric elements, and the plurality of first electrodes included in each of the plurality of thermoelectric elements At least some of the plurality of first electrodes arranged in the middle edge row and edge row may be exposed laterally with respect to the edge of the second substrate included in each of the plurality of thermoelectric elements.

본 발명의 실시예에 따르면, 발전성능이 우수한 열변환장치를 얻을 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 열전소자 내 파손 등에 의해 전기적으로 개방(open)이 발생하더라도 부분적인 보수가 가능한 열변환장치를 얻을 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a heat conversion device with excellent power generation performance can be obtained. In particular, according to an embodiment of the present invention, it is possible to obtain a heat conversion device that can be partially repaired even if electrical openness occurs due to damage within the thermoelectric element.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치의 일부 확대도이다.
도 3은 도 1의 X-X' 방향으로 자른 단면도이다.
도 4는 열전모듈이 덕트에 체결되는 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 개략적인 사시도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 상면도의 한 예이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 상면도의 다른 예이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈에 포함되는 전극 구조이다.
도 10은 열전소자의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전극의 형상의 예이다.
도 12는 열전소자 내 파손 등에 의해 전기적으로 개방(open)이 발생한 경우, 가장자리 열 또는 가장자리 행에 배치된 전극들을 연결하여 경로를 우회하는 예를 설명하는 도면이다.1 is a perspective view of a heat conversion device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a partial enlarged view of a heat conversion device according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a cross-sectional view taken along the XX' direction of Figure 1.
Figure 4 is a diagram for explaining the structure in which a thermoelectric module is fastened to a duct.
Figure 5 is a schematic perspective view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is an example of a top view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is another example of a top view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is a cross-sectional view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is an electrode structure included in a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
Figure 10 is a cross-sectional view of a thermoelectric element.
Figure 11 is an example of the shape of an electrode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of bypassing the path by connecting electrodes arranged in an edge row or edge row when an electrical opening occurs due to damage within the thermoelectric element.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Since the present invention can be subject to various changes and can have various embodiments, specific embodiments will be illustrated and described in the drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. Terms containing ordinal numbers, such as second, first, etc., may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, the second component may be referred to as the first component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the first component may also be referred to as the second component. The term and/or includes any of a plurality of related stated items or a combination of a plurality of related stated items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected to or connected to the other component, but that other components may exist in between. It should be. On the other hand, when it is mentioned that a component is “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that there are no other components in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless explicitly defined in the present application, should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense. No.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the attached drawings, but identical or corresponding components will be assigned the same reference numbers regardless of reference numerals, and duplicate descriptions thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열변환장치의 일부 확대도이고, 도 3은 도 1의 X-X' 방향으로 자른 단면도이고, 도 4는 열전모듈이 덕트에 체결되는 구조를 설명하기 위한 도면이다. Figure 1 is a perspective view of a heat conversion device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a partial enlarged view of a heat conversion device according to an embodiment of the present invention, and Figure 3 is a cross-sectional view taken along the XX' direction of Figure 1. , and FIG. 4 is a diagram for explaining the structure in which the thermoelectric module is fastened to the duct.

도 1 내지 3을 참조하면, 열변환장치(1000)는 복수의 덕트(1100), 복수의 제1 열전모듈(1200), 복수의 제2 열전모듈(1300) 및 복수의 기체 가이드 부재(1400)를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 열변환장치(1000)는, 덕트(1100)를 통해 흐르는 냉각용 유체 및 복수의 덕트(1100) 간 이격된 공간을 통과하는 고온의 기체 간의 온도 차, 즉 복수의 제1 열전모듈(1200)과 복수의 제2 열전모듈(1300)의 저온부 및 고온부 간의 온도 차를 이용하여 전력을 생산할 수 있다.Referring to Figures 1 to 3, the heat conversion device 1000 includes a plurality of ducts 1100, a plurality of first thermoelectric modules 1200, a plurality of second thermoelectric modules 1300, and a plurality of gas guide members 1400. Includes. The heat conversion device 1000 according to an embodiment of the present invention is a temperature difference between the cooling fluid flowing through the duct 1100 and the high temperature gas passing through the space spaced apart from the plurality of ducts 1100, that is, the plurality of Power can be produced by using the temperature difference between the low-temperature section and the high-temperature section of the first thermoelectric module 1200 and the plurality of second thermoelectric modules 1300.

복수의 덕트(1100)는 냉각용 유체가 통과하며, 소정 간격으로 이격되도록 배치된다. 예를 들어, 복수의 덕트(1100)로 유입되는 냉각용 유체는 물일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 냉각 성능이 있는 다양한 종류의 유체일 수 있다. 복수의 덕트(1100)로 유입되는 냉각용 유체의 온도는 100℃미만, 바람직하게는 50℃미만, 더욱 바람직하게는 40℃미만일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 복수의 덕트(1100)를 통과한 후 배출되는 냉각용 유체의 온도는 복수의 덕트(1100)로 유입되는 냉각용 유체의 온도보다 높을 수 있다. 각 덕트(1100)는 제1 면(1110), 제1 면(1110)에 대향하며 제1면(1110)과 평행하게 배치된 제2면(1120), 제1 면(1110)과 제2 면(1120) 사이에 배치된 제3면(1130) 및 제1 면(1110)과 제2 면(1120) 사이에서 제3면(1130)에 대향하도록 배치된 제4면(1140)을 포함하며, 제1면(1110), 제2면(1120), 제3면(1130) 및 제4면(1140)에 의하여 이루어진 덕트 내부로 냉각용 유체가 통과한다. 냉각용 유체는 복수의 덕트(1100)의 냉각용 유체 유입구로부터 유입되어 냉각용 유체 배출구를 통하여 배출된다. 냉각용 유체의 유입 및 배출을 용이하게 하고, 복수의 덕트(1100)를 지지하기 위하여, 복수의 덕트(1100)의 냉각용 유체 유입구 측 및 냉각용 유체 배출구 측에는 각각 유입구 지지부재(1500) 및 배출구 지지부재(1600)가 더 배치될 수 있다. 유입구 지지부재(1500) 및 배출구 지지부재(1600)는 각각 복수의 개구부가 형성된 플레이트 형상이며, 유입구 지지부재(1500)에 형성된 복수의 개구부(1510)는 복수의 덕트(1100)의 냉각용 유체 유입구와 크기, 형상 및 위치가 일치하도록 형성되며, 배출구 지지부재(1600)에 형성된 복수의 개구부(미도시)는 복수의 덕트(1100)의 냉각용 유체 배출구의 크기, 형상 및 위치가 일치하도록 형성될 수 있다.The plurality of ducts 1100 allow cooling fluid to pass through and are arranged to be spaced apart at predetermined intervals. For example, the cooling fluid flowing into the plurality of ducts 1100 may be water, but is not limited thereto and may be various types of fluids with cooling performance. The temperature of the cooling fluid flowing into the plurality of ducts 1100 may be less than 100°C, preferably less than 50°C, and more preferably less than 40°C, but is not limited thereto. The temperature of the cooling fluid discharged after passing through the plurality of ducts 1100 may be higher than the temperature of the cooling fluid flowing into the plurality of ducts 1100. Each duct 1100 has a first surface 1110, a second surface 1120 facing the first surface 1110 and arranged parallel to the first surface 1110, and a first surface 1110 and a second surface. It includes a third side 1130 disposed between (1120) and a fourth side 1140 disposed between the first side 1110 and the second side 1120 to face the third side 1130, Cooling fluid passes inside the duct formed by the first side 1110, the second side 1120, the third side 1130, and the fourth side 1140. Cooling fluid flows in from the cooling fluid inlet of the plurality of ducts 1100 and is discharged through the cooling fluid outlet. In order to facilitate the inflow and discharge of cooling fluid and to support the plurality of ducts 1100, an inlet support member 1500 and an outlet are provided on the cooling fluid inlet side and the cooling fluid outlet side of the plurality of ducts 1100, respectively. Additional support members 1600 may be disposed. The inlet support member 1500 and the outlet support member 1600 each have a plate shape with a plurality of openings, and the plurality of openings 1510 formed in the inlet support member 1500 are the cooling fluid inlets of the plurality of ducts 1100. and are formed to match the size, shape, and location, and the plurality of openings (not shown) formed in the outlet support member 1600 are formed to match the size, shape, and location of the cooling fluid outlets of the plurality of ducts 1100. You can.

각 덕트(1100)의 내벽에는 방열핀(1150)이 배치될 수 있다. 방열핀(1150)의 형상, 개수, 각 덕트(1100)의 내벽을 차지하는 면적 등은 냉각용 유체의 온도, 폐열의 온도, 요구되는 발전 용량 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 방열핀(1150)이 각 덕트(1100)의 내벽을 차지하는 면적은, 예를 들어 각 덕트(1100)의 단면적의 1 내지 40%일 수 있다. 이에 따르면, 냉각용 유체의 유동에 방해를 주지 않으면서도, 높은 열전변환 효율을 얻는 것이 가능하다. A heat dissipation fin 1150 may be disposed on the inner wall of each duct 1100. The shape and number of the heat radiation fins 1150, the area occupying the inner wall of each duct 1100, etc. may vary depending on the temperature of the cooling fluid, the temperature of the waste heat, the required power generation capacity, etc. The area that the heat dissipation fin 1150 occupies on the inner wall of each duct 1100 may be, for example, 1 to 40% of the cross-sectional area of each duct 1100. According to this, it is possible to obtain high thermoelectric conversion efficiency without interfering with the flow of cooling fluid.

그리고, 각 덕트(1100)의 내부는 복수의 영역으로 구획될 수도 있다. 각 덕트(1100)의 내부가 복수의 영역으로 구획될 경우, 냉각용 유체의 유량이 각 덕트(1100)의 내부를 가득채울 정도로 충분하지 않더라도 냉각용 유체가 각 덕트(1100) 내에 고르게 분산될 수 있으므로, 각 덕트(1100)의 전면에 대하여 고른 열전변환 효율을 얻는 것이 가능하다.Additionally, the interior of each duct 1100 may be divided into a plurality of areas. When the interior of each duct 1100 is divided into a plurality of areas, the cooling fluid can be evenly distributed within each duct 1100 even if the flow rate of the cooling fluid is not sufficient to fill the interior of each duct 1100. Therefore, it is possible to obtain uniform thermoelectric conversion efficiency over the entire surface of each duct 1100.

한편, 복수의 제1 열전모듈(1200)은 각 덕트(1100)의 제1 면(1110)에 포함되고 덕트 외부를 향하여 배치된 제1 표면(1112)에 배치되고, 복수의 제2 열전모듈(1300)은 각 덕트(1100)의 제2 면(1120)에 포함되고 덕트 외부를 향하여 배치된 제2 표면(1122)에서 복수의 제1 열전모듈(1200)에 대칭하도록 배치된다.Meanwhile, a plurality of first thermoelectric modules 1200 are included in the first surface 1110 of each duct 1100 and are disposed on the first surface 1112 disposed toward the outside of the duct, and a plurality of second thermoelectric modules ( 1300 is included in the second surface 1120 of each duct 1100 and is arranged to be symmetrical to the plurality of first thermoelectric modules 1200 on the second surface 1122 disposed toward the outside of the duct.

이때, 제1 열전모듈(1200) 및 제1 열전모듈(1200)에 대칭하도록 배치되는 제2 열전모듈(1300)을 한 쌍의 열전모듈 또는 단위 열전모듈이라 지칭할 수 있다. At this time, the first thermoelectric module 1200 and the second thermoelectric module 1300 arranged symmetrically to the first thermoelectric module 1200 may be referred to as a pair of thermoelectric modules or a unit thermoelectric module.

각 덕트(1100)마다 복수의 쌍의 열전모듈, 즉 복수의 단위 열전모듈이 배치될 수 있다. 예를 들어, 각 덕트(1100)마다 m쌍의 열전모듈이 배치되며, 열변환장치(1000)가 n개의 덕트(1100)를 포함하는 경우, 열변환장치(1000)는 m*n쌍의 열전모듈, 즉 2*m*n개의 열전모듈을 포함할 수 있다. 이때, 요구되는 발전량에 따라 단위 열전모듈의 개수 및 덕트의 개수를 조절할 수 있다. A plurality of pairs of thermoelectric modules, that is, a plurality of unit thermoelectric modules, may be disposed in each duct 1100. For example, when m pairs of thermoelectric modules are disposed in each duct 1100, and the heat conversion device 1000 includes n ducts 1100, the heat conversion device 1000 consists of m*n pairs of thermoelectric modules. It may include modules, that is, 2*m*n thermoelectric modules. At this time, the number of unit thermoelectric modules and the number of ducts can be adjusted according to the required power generation amount.

이때, 각 덕트(1100)에 연결되는 복수의 제1 열전모듈(1200)의 적어도 일부는 버스 바를 이용하여 전기적으로 서로 연결되고, 각 덕트(1100)에 연결되는 복수의 제2 열전모듈(1300)의 적어도 일부는 다른 버스 바를 이용하여 전기적으로 서로 연결될 수 있다. 버스 바(미도시)는, 예를 들어 고온의 기체가 복수의 덕트(1100) 간의 이격된 공간을 통과한 후 배출되는 배출구, 즉 각 덕트(1100)의 제4면(1140) 측에 배치될 수 있고, 외부 단자와 연결될 수 있다. 이에 따라, 복수의 제1 열전모듈(1200) 및 복수의 제2 열전모듈(1300)을 위한 PCB가 열변환장치의 내부에 배치되지 않고도 복수의 제1 열전모듈(1200) 및 복수의 제2 열전모듈(1300)에 전원이 공급될 수 있으며, 이에 따라 열변환장치의 설계 및 조립이 용이하다. At this time, at least a portion of the plurality of first thermoelectric modules 1200 connected to each duct 1100 are electrically connected to each other using a bus bar, and the plurality of second thermoelectric modules 1300 connected to each duct 1100 At least a portion of may be electrically connected to each other using different bus bars. The bus bar (not shown) is, for example, an outlet through which high-temperature gas is discharged after passing through the spaced apart spaces between the plurality of ducts 1100, that is, to be disposed on the fourth side 1140 of each duct 1100. can be connected to an external terminal. Accordingly, the plurality of first thermoelectric modules 1200 and the plurality of second thermoelectric modules 1300 are installed without the PCB for the plurality of first thermoelectric modules 1200 and the plurality of second thermoelectric modules 1300 being disposed inside the heat conversion device. Power can be supplied to the module 1300, which makes it easy to design and assemble the heat conversion device.

도 4를 참조하면, 제1 열전모듈(1200) 및 제2 열전모듈(1300)은 스크류(S)를 이용하여 덕트(1100)와 체결될 수 있다. 이에 따라, 복수의 제1 열전모듈(1200) 및 복수의 제2 열전모듈(1300)은 덕트(1100)의 표면(1112, 1122)에 안정적으로 결합할 수 있다. 또는, 제1 열전모듈(1200) 및 제2 열전모듈(1300)은 써멀패드(thermal pad)를 통하여 덕트(1100)의 제1 표면(1112) 및 제2 표면(1122)에 각각 접착될 수도 있다. Referring to FIG. 4, the first thermoelectric module 1200 and the second thermoelectric module 1300 may be fastened to the duct 1100 using screws (S). Accordingly, the plurality of first thermoelectric modules 1200 and the plurality of second thermoelectric modules 1300 can be stably coupled to the surfaces 1112 and 1122 of the duct 1100. Alternatively, the first thermoelectric module 1200 and the second thermoelectric module 1300 may be respectively adhered to the first surface 1112 and the second surface 1122 of the duct 1100 through a thermal pad. .

도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 개략적인 사시도이고, 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 상면도의 한 예이며, 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 상면도의 다른 예이고, 도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 단면도이고, 도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈에 포함되는 전극 구조이다. 여기서, 열전모듈은 도 1 내지 4에서 도시된 한 쌍의 열전모듈 중 하나를 의미한다. 설명의 편의를 위하여, 제1 열전모듈(1200)을 예로 들어 설명하나, 동일한 내용은 제2 열전모듈(1300)에도 적용될 수 있다. Figure 5 is a schematic perspective view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention, Figure 6 is an example of a top view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention, and Figure 7 is an example of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention. This is another example of a top view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention, Figure 8 is a cross-sectional view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention, and Figure 9 is an electrode structure included in the thermoelectric module according to an embodiment of the present invention. Here, the thermoelectric module refers to one of a pair of thermoelectric modules shown in FIGS. 1 to 4. For convenience of explanation, the first thermoelectric module 1200 is taken as an example, but the same content can also be applied to the second thermoelectric module 1300.

도 5 내지 9를 참조하면, 제1 열전모듈(1200)은 제1 표면(1112)에 배치된 복수의 열전소자(100), 그리고 복수의 열전소자(100) 상에 배치된 복수의 히트싱크(200)를 포함한다. 5 to 9, the first thermoelectric module 1200 includes a plurality of thermoelectric elements 100 disposed on the first surface 1112, and a plurality of heat sinks disposed on the plurality of thermoelectric elements 100 ( 200).

각 열전소자(100)는 제1 기판(110), 제1 기판(110) 상에 배치된 복수의 제1 전극(120), 복수의 제1 전극(120) 상에 배치된 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140), 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140) 상에 배치된 복수의 제2 전극(150), 그리고 복수의 제2 전극(150) 상에 배치된 제2 기판(160)을 포함한다. Each thermoelectric element 100 includes a first substrate 110, a plurality of first electrodes 120 disposed on the first substrate 110, and a plurality of P-type thermoelectric elements disposed on the plurality of first electrodes 120. A plurality of second electrodes 150 disposed on the leg 130 and a plurality of N-type thermoelectric legs 140, a plurality of P-type thermoelectric legs 130 and a plurality of N-type thermoelectric legs 140, and a plurality of It includes a second substrate 160 disposed on the second electrode 150.

이때, 도 10에 도시된 바와 같이, 열전소자(100)의 구조는 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 연결될 수 있다. 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. At this time, as shown in FIG. 10, the structure of the thermoelectric element 100 is such that the first electrode 120 is connected to the lower bottom of the first substrate 110, the P-type thermoelectric leg 130, and the N-type thermoelectric leg 140. The second electrode 150 is disposed between the second substrate 160 and the upper bottom surface of the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140. Accordingly, the plurality of P-type thermoelectric legs 130 and the plurality of N-type thermoelectric legs 140 may be electrically connected by the first electrode 120 and the second electrode 150. A pair of P-type thermoelectric legs 130 and N-type thermoelectric legs 140 disposed between the first electrode 120 and the second electrode 150 and electrically connected may form a unit cell.

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 전체 중량 100wt%에 대하여 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 주원료 물질 99 내지 99.999wt%와 Bi 또는 Te를 포함하는 혼합물 0.001 내지 1wt%를 포함하는 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, 주원료물질이 Bi-Se-Te이고, Bi 또는 Te를 전체 중량의 0.001 내지 1wt%로 더 포함할 수 있다. N형 열전 레그(140)는 전체 중량 100wt%에 대하여 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 주원료 물질 99 내지 99.999wt%와 Bi 또는 Te를 포함하는 혼합물 0.001 내지 1wt%를 포함하는 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, 주원료물질이 Bi-Sb-Te이고, Bi 또는 Te를 전체 중량의 0.001 내지 1wt%로 더 포함할 수 있다.Here, the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 may be bismuth telluride (Bi-Te)-based thermoelectric legs containing bismuth (Bi) and tellurium (Te) as main raw materials. The P-type thermoelectric leg 130 contains antimony (Sb), nickel (Ni), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), lead (Pb), boron (B), and gallium for 100 wt% of the total weight. A mixture containing 99 to 99.999 wt% of a bismuth telluride (Bi-Te)-based main raw material containing at least one of (Ga), tellurium (Te), bismuth (Bi), and indium (In), and 0.001 wt% of Bi or Te. It may be a thermoelectric leg containing from 1 wt%. For example, the main raw material is Bi-Se-Te, and Bi or Te may be further included in an amount of 0.001 to 1 wt% of the total weight. The N-type thermoelectric leg 140 contains selenium (Se), nickel (Ni), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), lead (Pb), boron (B), and gallium for 100 wt% of the total weight. A mixture containing 99 to 99.999 wt% of a bismuth telluride (Bi-Te)-based main raw material containing at least one of (Ga), tellurium (Te), bismuth (Bi), and indium (In), and 0.001 wt% of Bi or Te. It may be a thermoelectric leg containing from 1 wt%. For example, the main raw material is Bi-Sb-Te, and Bi or Te may be further included in an amount of 0.001 to 1 wt% of the total weight.

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. 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.The P-type thermoelectric leg 130 and N-type thermoelectric leg 140 may be formed in bulk or stacked form. In general, the bulk P-type thermoelectric leg 130 or the bulk N-type thermoelectric leg 140 is manufactured by heat-treating a thermoelectric material to produce an ingot, crushing and sieving the ingot to obtain powder for the thermoelectric leg, and then manufacturing the ingot. It can be obtained through the process of sintering and cutting the sintered body. The stacked P-type thermoelectric leg 130 or the stacked N-type thermoelectric leg 140 is formed by applying a paste containing a thermoelectric material on a sheet-shaped substrate to form a unit member, and then through the process of stacking and cutting the unit members. can be obtained.

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. At this time, the pair of P-type thermoelectric legs 130 and N-type thermoelectric legs 140 may have the same shape and volume, or may have different shapes and volumes. For example, since the electrical conduction characteristics of the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 are different, the height or cross-sectional area of the N-type thermoelectric leg 140 is changed to the height or cross-sectional area of the P-type thermoelectric leg 130. It may be formed differently.

본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자의 성능은 제벡 지수로 나타낼 수 있다. 제백 지수(ZT)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. The performance of the thermoelectric element according to an embodiment of the present invention can be expressed by the Seebeck index. The Seebeck exponent (ZT) can be expressed as Equation 1.

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·c_p·ρ로 나타낼 수 있으며, a는 열확산도[cm²/S]이고, c_p 는 비열[J/gK]이며, ρ는 밀도[g/cm³]이다.Here, α is the Seebeck coefficient [V/K], σ is the electrical conductivity [S/m], and α ² σ is the power factor (Power Factor, [W/mK ² ]). And, T is the temperature, and k is the thermal conductivity [W/mK]. k can be expressed as a·c _p ·ρ, where a is the thermal diffusivity [cm ² /S], c _p is the specific heat [J/gK], and ρ is the density [g/cm ³ ].

열전 소자의 제백 지수를 얻기 위하여, Z미터를 이용하여 Z 값(V/K)을 측정하며, 측정한 Z값을 이용하여 제벡 지수(ZT)를 계산할 수 있다.To obtain the Seebeck index of a thermoelectric element, the Z value (V/K) is measured using a Z meter, and the Seebeck index (ZT) can be calculated using the measured Z value.

본 발명의 실시예에 따르면, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 도 10(b)에서 도시하는 구조를 가질 수도 있다. 도 10(b)를 참조하면, 열전 레그(130, 140)는 열전 소재층(132, 142), 열전 소재층(132, 142)의 한 면 상에 적층되는 제1 도금층(134, 144), 열전 소재층(132, 142)의 한 면과 대향하여 배치되는 다른 면에 적층되는 제2 도금층(134, 144), 열전 소재층(132, 142)과 제1 도금층(134, 144) 사이 및 열전 소재층(132, 142)과 제2 도금층(134, 144) 사이에 각각 배치되는 제1 접합층(136, 146) 및 제2 접합층(136, 146), 그리고 제1 도금층(134, 144) 및 제2 도금층(134, 144) 상에 각각 적층되는 제1 금속층(138, 148) 및 제2 금속층(138, 148)을 포함한다. According to an embodiment of the present invention, the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 may have the structure shown in FIG. 10(b). Referring to Figure 10(b), the thermoelectric legs (130, 140) include thermoelectric material layers (132, 142), first plating layers (134, 144) laminated on one side of the thermoelectric material layers (132, 142), The second plating layer (134, 144) laminated on one side of the thermoelectric material layer (132, 142) and the other side disposed opposite to the other side, between the thermoelectric material layer (132, 142) and the first plating layer (134, 144), and the thermoelectric First bonding layers 136, 146 and second bonding layers 136, 146, and first plating layers 134, 144 respectively disposed between the material layers 132 and 142 and the second plating layers 134 and 144. and first metal layers 138 and 148 and second metal layers 138 and 148 respectively stacked on the second plating layers 134 and 144.

여기서, 열전 소재층(132, 142)은 반도체 재료인 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te)을 포함할 수 있다. 열전 소재층(132, 142)은 도 9(a)에서 설명한 P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)와 동일한 소재 또는 형상을 가질 수 있다. Here, the thermoelectric material layers 132 and 142 may include semiconductor materials such as bismuth (Bi) and tellurium (Te). The thermoelectric material layers 132 and 142 may have the same material or shape as the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140 described in FIG. 9(a).

그리고, 제1 금속층(138, 148) 및 제2 금속층(138, 148)은 구리(Cu), 구리 합금, 알루미늄(Al) 및 알루미늄 합금으로부터 선택될 수 있으며, 0.1 내지 0.5mm, 바람직하게는 0.2 내지 0.3mm의 두께를 가질 수 있다. 제1 금속층(138, 148) 및 제2 금속층(138, 148)의 열팽창 계수는 열전 소재층(132, 142)의 열팽창 계수와 비슷하거나, 더 크므로, 소결 시 제1 금속층(138, 148) 및 제2 금속층(138, 148)과 열전 소재층(132, 142) 간의 경계면에서 압축 응력이 가해지기 때문에, 균열 또는 박리를 방지할 수 있다. 또한, 제1 금속층(138, 148) 및 제2 금속층(138, 148)과 전극(120, 150) 간의 결합력이 높으므로, 열전 레그(130, 140)는 전극(120, 150)과 안정적으로 결합할 수 있다. And, the first metal layers 138 and 148 and the second metal layers 138 and 148 may be selected from copper (Cu), copper alloy, aluminum (Al) and aluminum alloy, and have a thickness of 0.1 to 0.5 mm, preferably 0.2 mm. It may have a thickness of from 0.3 mm. The thermal expansion coefficients of the first metal layers (138, 148) and the second metal layers (138, 148) are similar to or greater than those of the thermoelectric material layers (132, 142), so when sintering, the first metal layers (138, 148) And because compressive stress is applied at the interface between the second metal layers 138 and 148 and the thermoelectric material layers 132 and 142, cracking or peeling can be prevented. In addition, since the bonding force between the first metal layers 138 and 148 and the second metal layers 138 and 148 and the electrodes 120 and 150 is high, the thermoelectric legs 130 and 140 are stably coupled to the electrodes 120 and 150. can do.

다음으로, 제1 도금층(134, 144) 및 제2 도금층(134, 144)은 각각 Ni, Sn, Ti, Fe, Sb, Cr 및 Mo 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 1 내지 20㎛, 바람직하게는 1 내지 10㎛의 두께를 가질 수 있다. 제1 도금층(134, 144) 및 제2 도금층(134, 144)은 열전 소재층(132, 142) 내 반도체 재료인 Bi 또는 Te와 제1 금속층(138, 148) 및 제2 금속층(138, 148) 간의 반응을 막으므로, 열전 소자의 성능 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 제1 금속층(138, 148) 및 제2 금속층(138, 148)의 산화를 방지할 수 있다. Next, the first plating layers 134 and 144 and the second plating layers 134 and 144 may each include at least one of Ni, Sn, Ti, Fe, Sb, Cr and Mo, and have a thickness of 1 to 20㎛, preferably. Typically, it may have a thickness of 1 to 10㎛. The first plating layers (134, 144) and the second plating layers (134, 144) are a semiconductor material of Bi or Te in the thermoelectric material layers (132, 142) and the first metal layers (138, 148) and the second metal layers (138, 148). ), thereby preventing deterioration in the performance of the thermoelectric element, as well as preventing oxidation of the first metal layers 138 and 148 and the second metal layers 138 and 148.

이때, 열전 소재층(132, 142)과 제1 도금층(134, 144) 사이 및 열전 소재층(132, 142)과 제2 도금층(134, 144) 사이에는 제1 접합층(136, 146) 및 제2 접합층(136, 146)이 배치될 수 있다. 이때, 제1 접합층(136, 146) 및 제2 접합층(136, 146)은 Te를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 접합층(136, 146) 및 제2 접합층(136, 146)은 Ni-Te, Sn-Te, Ti-Te, Fe-Te, Sb-Te, Cr-Te 및 Mo-Te 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 접합층(136, 146) 및 제2 접합층(136, 146) 각각의 두께는 0.5 내지 100㎛, 바람직하게는 1 내지 50㎛일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 열전 소재층(132, 142)과 제1 도금층(134, 144) 및 제2 도금층(134, 144) 사이에 Te를 포함하는 제1 접합층(136, 146) 및 제2 접합층(136, 146)을 미리 배치하여, 열전 소재층(132, 142) 내 Te가 제1 도금층(134, 144) 및 제2 도금층(134, 144)으로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, Bi 리치 영역의 발생을 방지할 수 있다.At this time, between the thermoelectric material layers (132, 142) and the first plating layers (134, 144) and between the thermoelectric material layers (132, 142) and the second plating layers (134, 144), first bonding layers (136, 146) and Second bonding layers 136 and 146 may be disposed. At this time, the first bonding layers 136 and 146 and the second bonding layers 136 and 146 may include Te. For example, the first bonding layers 136 and 146 and the second bonding layers 136 and 146 include Ni-Te, Sn-Te, Ti-Te, Fe-Te, Sb-Te, Cr-Te and Mo- It may contain at least one of Te. According to an embodiment of the present invention, the thickness of each of the first bonding layers 136 and 146 and the second bonding layers 136 and 146 may be 0.5 to 100 μm, preferably 1 to 50 μm. According to an embodiment of the present invention, first bonding layers 136, 146 including Te between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first plating layers 134 and 144 and the second plating layers 134 and 144, and By arranging the second bonding layers 136 and 146 in advance, Te in the thermoelectric material layers 132 and 142 can be prevented from diffusing into the first plating layers 134 and 144 and the second plating layers 134 and 144. . Accordingly, the occurrence of Bi rich areas can be prevented.

한편, 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) 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.Meanwhile, the first electrode 120 disposed between the first substrate 110 and the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140, and the second substrate 160 and the P-type thermoelectric leg 130. And the second electrode 150 disposed between the N-type thermoelectric legs 140 includes at least one of copper (Cu), silver (Ag), and nickel (Ni), and may have a thickness of 0.01 mm to 0.3 mm. there is. If the thickness of the first electrode 120 or the second electrode 150 is less than 0.01 mm, its function as an electrode may be reduced and electrical conduction performance may be lowered, and if it exceeds 0.3 mm, conduction efficiency may be lowered due to an increase in resistance. You can.

그리고, 상호 대향하는 제1 기판(110)과 제2 기판(160)은 절연 기판 또는 금속 기판일 수 있다. 절연 기판은 알루미나 기판 또는 고분자 수지 기판일 수 있다. 고분자 수지 기판은 폴리이미드(PI), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 환상 올레핀 코폴리(COC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 고투과성 플라스틱 등의 다양한 절연성 수지재를 포함할 수 있다. Additionally, the first substrate 110 and the second substrate 160 facing each other may be insulating substrates or metal substrates. The insulating substrate may be an alumina substrate or a polymer resin substrate. Polymer resin substrates are made of various insulating resin materials such as high-permeability plastics such as polyimide (PI), polystyrene (PS), polymethyl methacrylate (PMMA), cyclic olefin copolymer (COC), and polyethylene terephthalate (PET). It can be included.

또는, 고분자 수지 기판은 에폭시 수지와 무기충전재를 포함하는 수지 조성물로 이루어진 열전도 기판일 수도 있다. 열전도 기판의 두께는 0.01 내지 0.65mm, 바람직하게는 0.01 내지 0.6mm, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.55mm일 수 있으며, 열전도도는 10W/mK이상, 바람직하게는 20W/mK이상, 더욱 바람직하게는 30W/mK 이상일 수 있다. Alternatively, the polymer resin substrate may be a heat-conducting substrate made of a resin composition containing an epoxy resin and an inorganic filler. The thickness of the heat-conducting substrate may be 0.01 to 0.65 mm, preferably 0.01 to 0.6 mm, more preferably 0.01 to 0.55 mm, and the thermal conductivity may be 10 W/mK or more, preferably 20 W/mK or more, more preferably It can be more than 30W/mK.

이를 위하여, 에폭시 수지는 에폭시 화합물 및 경화제를 포함할 수 있다. 이때, 에폭시 화합물 10 부피비에 대하여 경화제 1 내지 10 부피비로 포함될 수 있다. 여기서, 에폭시 화합물은 결정성 에폭시 화합물, 비결정성 에폭시 화합물 및 실리콘 에폭시 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 결정성 에폭시 화합물은 메조겐(mesogen) 구조를 포함할 수 있다. 메조겐(mesogen)은 액정(liquid crystal)의 기본 단위이며, 강성(rigid) 구조를 포함한다. 그리고, 비결정성 에폭시 화합물은 분자 중 에폭시기를 2개 이상 가지는 통상의 비결정성 에폭시 화합물일 수 있으며, 예를 들면 비스페놀 A 또는 비스페놀 F로부터 유도되는 글리시딜에테르화물일 수 있다. 여기서, 경화제는 아민계 경화제, 페놀계 경화제, 산무수물계 경화제, 폴리메르캅탄계 경화제, 폴리아미노아미드계 경화제, 이소시아네이트계 경화제 및 블록 이소시아네이트계 경화제 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 2 종류 이상의 경화제를 혼합하여 사용할 수도 있다.For this purpose, the epoxy resin may include an epoxy compound and a curing agent. At this time, the curing agent may be included in an amount of 1 to 10 volumes relative to 10 volumes of the epoxy compound. Here, the epoxy compound may include at least one of a crystalline epoxy compound, an amorphous epoxy compound, and a silicone epoxy compound. Crystalline epoxy compounds may contain a mesogen structure. Mesogen is a liquid crystal It is the basic unit and includes a rigid structure. Additionally, the amorphous epoxy compound may be a typical amorphous epoxy compound having two or more epoxy groups in the molecule, and may be, for example, a glycidyl ether derived from bisphenol A or bisphenol F. Here, the curing agent may include at least one of an amine-based curing agent, a phenol-based curing agent, an acid anhydride-based curing agent, a polymercaptan-based curing agent, a polyaminoamide-based curing agent, an isocyanate-based curing agent, and a block isocyanate-based curing agent, and may include two or more types of curing agents. Can also be used in combination.

무기충전재는 산화알루미늄 및 복수의 판상의 질화붕소가 뭉쳐진 질화붕소 응집체를 포함할 수도 있다. 무기충전재는 질화알루미늄을 더 포함할 수도 있다. 여기서, 질화붕소 응집체의 표면은 하기 단위체 1을 가지는 고분자로 코팅되거나, 질화붕소 응집체 내 공극의 적어도 일부는 하기 단위체 1을 가지는 고분자에 의하여 충전될 수 있다. The inorganic filler may include aluminum oxide and boron nitride aggregates in which a plurality of plate-shaped boron nitrides are aggregated. The inorganic filler may further include aluminum nitride. Here, the surface of the boron nitride aggregate may be coated with a polymer having unit 1 below, or at least a portion of the pores in the boron nitride aggregate may be filled with a polymer having unit 1 below.

단위체 1은 다음과 같다. Monomer 1 is as follows.

[단위체 1][Monomer 1]

여기서, R¹, R², R³ 및 R⁴ 중 하나는 H이고, 나머지는 C₁~C₃ 알킬, C₂~C₃ 알켄 및 C₂~C₃ 알킨으로 구성된 그룹에서 선택되고, R⁵는 선형, 분지형 또는 고리형의 탄소수 1 내지 12인 2가의 유기 링커일 수 있다. wherein one of R ¹ , R ² , R ³ and R ⁴ is H, the other is selected from the group consisting of C ₁ -C ₃ alkyl, C ₂ -C ₃ alkene and C ₂ -C ₃ alkyne, and R ⁵ may be a linear, branched or cyclic divalent organic linker having 1 to 12 carbon atoms.

한 실시예로, R¹, R², R³ 및 R⁴ 중 H를 제외한 나머지 중 하나는 C₂~C₃ 알켄에서 선택되며, 나머지 중 다른 하나 및 또 다른 하나는 C₁~C₃ 알킬에서 선택될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 고분자는 하기 단위체 2를 포함할 수 있다. In one embodiment, one of R ¹ , R ² , R ³ and R ⁴ excluding H is selected from C ₂ to C ₃ alkene, and the other one from C ₁ to C ₃ alkyl. can be selected. For example, the polymer according to an embodiment of the present invention may include the following monomer 2.

[단위체 2][Monomer 2]

또는, 상기 R¹, R², R³ 및 R⁴ 중 H를 제외한 나머지는 C₁~C₃ 알킬, C₂~C₃ 알켄 및 C₂~C₃ 알킨으로 구성된 그룹에서 서로 상이하도록 선택될 수도 있다.Alternatively, the remainders except H among R ¹ , R ² , R ³ and R ⁴ may be selected to be different from the group consisting of C ₁ to C ₃ alkyl, C ₂ to C ₃ alkene, and C ₂ to C ₃ alkyne. there is.

이와 같이, 단위체 1 또는 단위체 2에 따른 고분자가 판상의 질화붕소가 뭉쳐진 질화붕소 응집체 상에 코팅되고, 질화붕소 응집체 내 공극의 적어도 일부를 충전하면, 질화붕소 응집체 내의 공기층이 최소화되어 질화붕소 응집체의 열전도 성능을 높일 수 있으며, 판상의 질화붕소 간의 결합력을 높여 질화붕소 응집체의 깨짐을 방지할 수 있다. 그리고, 판상의 질화붕소가 뭉쳐진 질화붕소 응집체 상에 코팅층을 형성하면, 작용기를 형성하기 용이해지며, 질화붕소 응집체의 코팅층 상에 작용기가 형성되면, 수지와의 친화도가 높아질 수 있다.In this way, when the polymer according to unit 1 or unit 2 is coated on the boron nitride agglomerate in which plate-shaped boron nitride is agglomerated and fills at least a portion of the pores in the boron nitride agglomerate, the air layer in the boron nitride agglomerate is minimized and the boron nitride agglomerate Heat conduction performance can be improved, and the bonding strength between plate-shaped boron nitride can be increased to prevent breakage of boron nitride aggregates. In addition, if a coating layer is formed on the boron nitride aggregate in which plate-shaped boron nitride is aggregated, it becomes easy to form a functional group, and if a functional group is formed on the coating layer of the boron nitride aggregate, the affinity with the resin can be increased.

금속 기판은 Cu, Cu 합금 또는 Cu-Al 합금을 포함할 수 있으며, 그 두께는 0.1mm~0.5mm일 수 있다. 금속 기판의 두께가 0.1mm 미만이거나, 0.5mm를 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 유전체층(170)이 더 형성될 수 있다. 유전체층(170)은 5~10W/K의 열전도도를 가지는 소재를 포함하며, 0.01mm~0.15mm의 두께로 형성될 수 있다. 유전체층(170)의 두께가 0.01mm 미만인 경우 절연 효율 또는 내전압 특성이 저하될 수 있고, 0.15mm를 초과하는 경우 열전전도도가 낮아져 방열효율이 떨어질 수 있다.The metal substrate may include Cu, Cu alloy, or Cu-Al alloy, and its thickness may be 0.1 mm to 0.5 mm. If the thickness of the metal substrate is less than 0.1 mm or more than 0.5 mm, the heat dissipation characteristics or thermal conductivity may be excessively high, and the reliability of the thermoelectric element may be reduced. In addition, when the first substrate 110 and the second substrate 160 are metal substrates, between the first substrate 110 and the first electrode 120 and between the second substrate 160 and the second electrode 150 A dielectric layer 170 may be further formed in each. The dielectric layer 170 includes a material having a thermal conductivity of 5 to 10 W/K and may be formed to a thickness of 0.01 mm to 0.15 mm. If the thickness of the dielectric layer 170 is less than 0.01 mm, insulation efficiency or withstand voltage characteristics may be reduced, and if it exceeds 0.15 mm, thermal conductivity may be lowered and heat dissipation efficiency may be reduced.

이때, 제1 기판(110)과 제2 기판(160)의 크기는 다르게 형성될 수도 있다. 예를 들어, 제1 기판(110)과 제2 기판(160) 중 하나의 체적, 두께 또는 면적은 다른 하나의 체적, 두께 또는 면적보다 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 열전 소자의 흡열 성능 또는 방열 성능을 높일 수 있다. At this time, the first substrate 110 and the second substrate 160 may have different sizes. For example, the volume, thickness, or area of one of the first and second substrates 110 and 160 may be larger than that of the other. Accordingly, the heat absorption or heat dissipation performance of the thermoelectric element can be improved.

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. Additionally, a heat dissipation pattern, for example, a concave-convex pattern, may be formed on the surface of at least one of the first substrate 110 and the second substrate 160. Accordingly, the heat dissipation performance of the thermoelectric element can be improved. When the uneven pattern is formed on the surface in contact with the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140, the bonding characteristics between the thermoelectric leg and the substrate may also be improved.

한편, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 원통 형상, 다각 기둥 형상, 타원형 기둥 형상 등을 가질 수 있다. Meanwhile, the P-type thermoelectric leg 130 or N-type thermoelectric leg 140 may have a cylindrical shape, a polygonal pillar shape, an elliptical pillar shape, etc.

본 발명의 한 실시예에 따르면, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 전극과 접합하는 부분의 폭이 넓게 형성될 수도 있다.According to one embodiment of the present invention, the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140 may be formed to have a wide width at the portion where it is joined to the electrode.

다시 도 5 내지 도 9를 참조하면, 제1 열전모듈(1200)은 제1 표면(1112)에 배치된 복수의 열전소자(100) 및 열전소자(100)에 배치된 히트싱크(200)를 포함한다. 이와 같이, 열전소자(100)의 양면 중 한 면에 냉각용 유체가 흐르는 덕트(1100)가 배치되고, 다른 면에 히트싱크(200)가 배치되며, 히트싱크(200)를 통하여 고온의 기체가 통과하면, 열전소자(100)의 고온부와 저온부 간 온도 차를 크게 할 수 있으며, 이에 따라 열전변환 효율을 높일 수 있다.Referring again to FIGS. 5 to 9, the first thermoelectric module 1200 includes a plurality of thermoelectric elements 100 disposed on the first surface 1112 and a heat sink 200 disposed on the thermoelectric elements 100. do. In this way, a duct 1100 through which a cooling fluid flows is disposed on one of the two sides of the thermoelectric element 100, and a heat sink 200 is disposed on the other side, and a high-temperature gas flows through the heat sink 200. If it passes, the temperature difference between the high temperature part and the low temperature part of the thermoelectric element 100 can be increased, and thus the thermoelectric conversion efficiency can be increased.

이때, 제1 표면(1112)과 복수의 열전소자(100) 사이에는 알루미늄 기판(300)이 더 배치되며, 알루미늄 기판(300)은 제1 표면(1112)과 열전달물질(thermal interface material, TIM)에 의하여 접착될 수 있다. 알루미늄 기판(300)은 열전달 성능이 우수하므로, 열전소자(100)의 양면 중 한 면과 냉각용 유체가 흐르는 덕트(1100) 간의 열전달이 용이하다. 또한, 알루미늄 기판(300)과 냉각용 유체가 흐르는 덕트(1100)가 열전달물질(thermal interface material, TIM)에 의하여 접착되면, 알루미늄 기판(300)과 냉각용 유체가 흐르는 덕트(1100) 간의 열전달이 방해 받지 않을 수 있다. At this time, an aluminum substrate 300 is further disposed between the first surface 1112 and the plurality of thermoelectric elements 100, and the aluminum substrate 300 is formed between the first surface 1112 and a heat transfer material (thermal interface material, TIM). It can be bonded by . Since the aluminum substrate 300 has excellent heat transfer performance, heat transfer is easy between one of the two sides of the thermoelectric element 100 and the duct 1100 through which the cooling fluid flows. In addition, when the aluminum substrate 300 and the duct 1100 through which the cooling fluid flows are bonded by a heat transfer material (thermal interface material, TIM), heat transfer between the aluminum substrate 300 and the duct 1100 through which the cooling fluid flows occurs. You may not be disturbed.

한편, 복수의 열전소자(100)에 포함된 복수의 제1 기판(110)은 서로 연결되고, 복수의 열전소자(100) 각각에 포함된 복수의 제1 전극(120) 중 가장자리 열(802, 804) 또는 가장자리 행(806, 808)에 배치된 적어도 하나의 제1 전극의 크기 또는 형상은 나머지 제1 전극(810)의 크기 또는 형상과 상이하다. Meanwhile, the plurality of first substrates 110 included in the plurality of thermoelectric elements 100 are connected to each other, and the edge rows 802, The size or shape of at least one first electrode disposed in 804) or edge row 806, 808 is different from the size or shape of the remaining first electrodes 810.

예를 들어, 도 11(a)에 도시한 바와 같이, 각 열전소자(100)에 포함된 복수의 제1 전극(120) 중 가장자리 열(802, 804) 또는 가장자리 행(806, 808)에 배치된 제1 전극을 제외한 나머지 전극(810)의 형상은 직사각 형상일 수 있다. 그리고, 도 11(b), (c), (d) 및 (e)에 도시한 바와 같이, 가장자리 열(802, 804) 또는 가장자리 행(806, 808)에 배치된 적어도 하나의 제1 전극의 형상은 직사각 형상(810)의 적어도 한면(812)이 돌출된 형상일 수 있다. 예를 들어, 도 11(b)와 같이 도 11(a)와 같은 형상의 전극의 한 면(812)으로부터 길이 방향(Y) 및 양 측면 방향(X1, X2)으로 돌출된 형상을 가지거나, 도 11(c)와 같이 도 11(a)와 같은 형상의 전극의 한 면으로부터 길이 방향(Y) 및 한 측면 방향(X1)으로 돌출된 형상을 가질 수 있다. 또는, 도 11(c)와 같이 도 11(a)와 같은 형상의 전극의 한 면으로부터 길이 방향(Y)으로 돌출된 형상을 가지거나, 도 11(d)와 같이 도 11(a)와 같은 형상의 전극의 한 면으로부터 길이 방향(Y) 및 다른 측면 방향(X2)으로 돌출된 형상을 가질 수도 있다. 이와 같이, 가장자리 열 또는 가장자리 행에 배치된 전극의 형상 또는 크기가 상이할 경우, 하나의 열전소자 내에 포함된 복수의 P형 열전 레그 및 복수의 N형 열전 레그 중 하나가 파손되거나 파손 등에 의해 전기적으로 개방(open)된 경우 가장자리 열 또는 가장자리 행에 배치된 전극을 이용하면 전기가 흐르는 경로를 우회하는 것이 가능하다. For example, as shown in FIG. 11(a), it is disposed in edge columns 802 and 804 or edge rows 806 and 808 among the plurality of first electrodes 120 included in each thermoelectric element 100. Except for the first electrode, the remaining electrodes 810 may have a rectangular shape. And, as shown in FIGS. 11(b), (c), (d), and (e), of at least one first electrode disposed in the edge rows 802 and 804 or the edge rows 806 and 808. The shape may be a shape in which at least one side 812 of the rectangular shape 810 protrudes. For example, as shown in Figure 11(b), it has a shape that protrudes in the longitudinal direction (Y) and both side directions (X1, As shown in FIG. 11(c), it may have a shape that protrudes in the longitudinal direction (Y) and one lateral direction (X1) from one side of the electrode of the same shape as in FIG. 11(a). Alternatively, as shown in Figure 11(c), it has a shape that protrudes in the longitudinal direction (Y) from one side of the electrode having the same shape as Figure 11(a), or as shown in Figure 11(d), as shown in Figure 11(a). It may have a shape that protrudes from one side of the shaped electrode in the longitudinal direction (Y) and the other side direction (X2). In this way, when the shape or size of the electrodes arranged in the edge row or edge row is different, one of the plurality of P-type thermoelectric legs and the plurality of N-type thermoelectric legs included in one thermoelectric element is damaged or electrically damaged due to damage, etc. When open, it is possible to bypass the path through which electricity flows by using electrodes placed in the edge row or edge row.

다시 도 9를 참조하면, 각 열전소자(100)에 포함되는 복수의 제1 전극(120)이 n개의 열 및 m개의 행으로 배치된 경우, 제1 열의 제1 행에 배치된 제1 전극(1,1)은 직사각 형상에서 한 면이 이웃하는 다른 열전소자 방향으로 돌출되고, 다른 면이 제2 열 방향으로 돌출된 형상을 가지고, 제3 열의 제1 행에 배치된 제1 전극(3,1)은 직사각 형상에서 한 면이 제2 열 방향으로 돌출된 형상을 가질 수 있다. 그리고, 제n열의 제1 행에 배치된 제1 전극(n,1)은 직사각 형상에서 한 면이 이웃하는 다른 열전소자 방향으로 돌출되고, 다른 면이 제n-1열 방향으로 돌출된 형상을 가지고, 제n-2열의 제1 행에 배치된 제1 전극(n-2, 1)은 직사각 형상에서 한 면이 제n-1열 방향으로 돌출된 형상을 가질 수 있다. Referring again to FIG. 9, when the plurality of first electrodes 120 included in each thermoelectric element 100 are arranged in n columns and m rows, the first electrode disposed in the first row of the first column ( 1,1) has a rectangular shape with one side protruding in the direction of another neighboring thermoelectric element and the other side protruding in the second column direction, and a first electrode 3 disposed in the first row of the third column. 1) may have a rectangular shape with one side protruding in the second column direction. And, the first electrode (n,1) disposed in the first row of the nth column has a rectangular shape with one side protruding in the direction of another neighboring thermoelectric element and the other side protruding in the n-1th column direction. In addition, the first electrode (n-2, 1) disposed in the first row of the n-2th column may have a rectangular shape with one side protruding in the n-1th column direction.

전극이 이와 같은 구조로 배치되는 경우, 각 열전소자(100) 내부에 배치된 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140) 중 하나가 파손 등에 의해 전기적으로 개방(open)되더라도, 돌출된 형상을 가진 전극들을 솔더링하거나, 와이어로 연결함으로써 경로를 우회하는 것이 가능하다. When the electrode is arranged in this structure, one of the plurality of P-type thermoelectric legs 130 and the plurality of N-type thermoelectric legs 140 disposed inside each thermoelectric element 100 is electrically open (open) due to damage, etc. ), it is possible to bypass the path by soldering electrodes with protruding shapes or connecting them with wires.

이를 위하여, 전술한 바와 같이, 하나의 열전모듈(1200)은 복수의 열전소자(100)를 포함하며, 각 열전소자(100)에 포함된 각 제1 기판(110)은 이웃하는 다른 열전소자(100)들에 포함된 제1 기판(110)들에 연결될 수 있다. 예를 들어, 하나의 열전모듈(1200)을 이루는 복수의 열전소자(100)에 포함된 복수의 제1 기판(110)은 일체로 형성될 수 있다. 그리고, 복수의 열전소자(100)에 포함된 복수의 제1 기판(110)의 전체 면적은 복수의 열전소자(100)에 포함된 복수의 제2 기판(160)의 전체 면적보다 넓고, 각 열전소자(100)에 포함된 복수의 제1 전극(110) 중 가장자리 열 또는 가장자리 행에 배치된 제1 전극(110)들 중 적어도 일부는 각 열전소자(100)에 포함된 제2 기판(160)의 가장자리를 기준으로 측면으로 노출될 수 있다. 이에 따라, 열전소자(100) 내부에 배치된 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140) 중 하나가 파손 등에 의해 전기적으로 개방(open)될 경우, 각 열전소자(100)에 포함된 복수의 제1 전극(110) 중 가장자리 열 또는 가장자리 행에 배치된 제1 전극(110)들을 솔더링하거나, 와이어로 연결하는 것이 용이하며, 이에 따라 경로를 우회하는 것이 가능하다.To this end, as described above, one thermoelectric module 1200 includes a plurality of thermoelectric elements 100, and each first substrate 110 included in each thermoelectric element 100 is connected to other neighboring thermoelectric elements ( It may be connected to the first substrates 110 included in 100). For example, the plurality of first substrates 110 included in the plurality of thermoelectric elements 100 forming one thermoelectric module 1200 may be formed integrally. In addition, the total area of the plurality of first substrates 110 included in the plurality of thermoelectric elements 100 is larger than the total area of the plurality of second substrates 160 included in the plurality of thermoelectric elements 100, and each thermoelectric element 100 Among the plurality of first electrodes 110 included in the device 100, at least some of the first electrodes 110 disposed in the edge row or edge row are the second substrate 160 included in each thermoelectric device 100. It can be exposed laterally based on the edge of . Accordingly, when one of the plurality of P-type thermoelectric legs 130 and the plurality of N-type thermoelectric legs 140 disposed inside the thermoelectric element 100 is electrically open due to damage, etc., each thermoelectric element ( Among the plurality of first electrodes 110 included in 100), it is easy to solder or connect the first electrodes 110 arranged in an edge row or an edge row with a wire, thereby making it possible to bypass the path.

예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 각 제2 기판(160)은 열전소자(100) 별로 분리되어 배치되며, 각 제2 기판(160)의 가장자리를 기준으로 측면으로 각 열전소자(100)에 포함되는 복수의 제1 전극(120)의 가장자리 행 및 가장자리 열의 일부가 노출될 수 있다. For example, as shown in FIG. 6, each second substrate 160 is arranged separately for each thermoelectric element 100, and each thermoelectric element 100 is disposed on the side with respect to the edge of each second substrate 160. ) may be exposed.

또는, 도 7에 도시된 바와 같이, 열전모듈(1200)을 이루는 복수의 열전소자(100)에 포함되는 복수의 제2 기판(160)은 서로 연결되되, 제1 전극(120)이 배치되지 않는 영역에서 연결될 수 있다. 이때에도, 각 제2 기판(160)의 가장자리를 기준으로 측면으로 각 열전소자(100)에 포함되는 복수의 제1 전극(120)의 가장자리 행의 일부가 노출될 수 있다.Alternatively, as shown in FIG. 7, a plurality of second substrates 160 included in a plurality of thermoelectric elements 100 forming the thermoelectric module 1200 are connected to each other, but the first electrode 120 is not disposed. It can be connected in the area. Even at this time, a portion of the edge row of the plurality of first electrodes 120 included in each thermoelectric element 100 may be exposed on the side with respect to the edge of each second substrate 160.

이와 같이, 복수의 제1 전극(120)의 가장자리 행 또는 가장자리 열의 일부가 돌출되도록 형성되고, 돌출되도록 형성된 제1 전극(120)의 일부가 제2 기판(160)의 가장자리를 기준으로 측면으로 노출되는 경우, 노출된 제1 전극(120)들을 솔더링하거나, 와이어로 연결하는 것이 용이하며, 이에 따라 전기가 흐르는 경로를 우회하는 것이 가능하다.In this way, a portion of the edge row or edge column of the plurality of first electrodes 120 is formed to protrude, and a portion of the first electrode 120 formed to protrude is exposed to the side with respect to the edge of the second substrate 160. In this case, it is easy to solder or connect the exposed first electrodes 120 with a wire, thereby making it possible to bypass the path through which electricity flows.

도 12는 열전소자 내 파손 등에 의해 전기적으로 개방(open)이 발생한 경우, 가장자리 열 또는 가장자리 행에 배치된 전극들을 연결하여 경로를 우회하는 예를 설명하는 도면이다.FIG. 12 is a diagram illustrating an example of bypassing the path by connecting electrodes arranged in an edge row or edge row when an electrical opening occurs due to damage within a thermoelectric element.

도 12를 참조하면, P1 지점에 파손 등에 의해 전기적으로 개방(open)이 발생한 경우, 전극(1,m) 및 전극(2,m)을 연결할 수 있다. P2 지점에 파손 등에 의해 전기적으로 개방(open)이 발생한 경우, 전극(1,1)과 전극(3,1)을 연결하고, 전극(2,m)과 전극(3,m)을 연결할 수 있다. 이에 따라, 3열과 2열은 병열 연결될 수 있다. P3 지점에 파손 등에 의해 전기적으로 개방(open)이 발생한 경우, 전극(7,1), 전극(8,1) 및 전극(9,1)을 연결할 수 있다. 이에 따라 8열과 9열은 병렬 연결될 수 있다. 그리고, P4 지점에 파손 등에 의해 전기적으로 개방(open)이 발생한 경우, 전극(1,1)과 전극(3,1)을 연결하고, 전극(1,m), 전극(2,m) 및 전극(3,m)을 연결할 수 있다. 이에 따라, 1열과 3열은 병렬 연결될 수 있다. Referring to FIG. 12, when electrical openness occurs at point P1 due to damage, etc., the electrodes 1, m and the electrodes 2, m can be connected. If the P2 point is electrically open due to damage, etc., the electrode (1,1) can be connected to the electrode (3,1), and the electrode (2,m) can be connected to the electrode (3,m). . Accordingly, the 3rd row and the 2nd row can be connected in parallel. If the P3 point is electrically open due to damage, etc., the electrodes 7,1, 8,1, and 9,1 can be connected. Accordingly, columns 8 and 9 can be connected in parallel. And, if electrical openness occurs at point P4 due to damage, etc., electrodes 1,1 and 3,1 are connected, and electrodes 1,m, electrodes 2,m, and electrodes are connected. (3,m) can be connected. Accordingly, rows 1 and 3 can be connected in parallel.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 열전소자 내 복수의 P형 열전 레그 및 N형 열전 레그 중 어느 지점에서 파손 등에 의해 전기적으로 개방(open)이 발생하더라도 우회 경로를 연결하는 것이 가능하다.As such, according to an embodiment of the present invention, it is possible to connect a bypass path even if electrical openness occurs due to damage or the like at any point among the plurality of P-type thermoelectric legs and N-type thermoelectric legs in the thermoelectric element.

한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 도 9에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 전극(120) 중 모서리에 배치된 적어도 하나의 제1 전극(812)은 이웃하는 다른 열전소자에 포함되는 복수의 제1 전극 중 모서리에 배치된 적어도 하나의 제1 전극(814)과 연결될 수 있다. 예를 들어, 한 열전소자의 제N열의 제1 행에 배치된 제1 전극(n,1)과 이웃하는 다른 열전소자의 제1 열의 제1 행에 배치된 제1 전극(1,1)은 서로 연결될 수 있다. 이와 같이, 하나의 열전소자 및 이에 이웃하는 다른 열전소자가 전극을 통하여 서로 연결되면, 배선을 연결하는 구조가 단순해질 수 있다. Meanwhile, according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 9, at least one first electrode 812 disposed at a corner among the plurality of first electrodes 120 is a plurality of plurality of first electrodes 812 included in other neighboring thermoelectric elements. It may be connected to at least one first electrode 814 disposed at a corner among the first electrodes of . For example, the first electrode (n,1) disposed in the first row of the N-th column of one thermoelectric element and the first electrode (1,1) disposed in the first row of the first column of another thermoelectric element neighboring the can be connected to each other. In this way, when one thermoelectric element and other thermoelectric elements neighboring it are connected to each other through electrodes, the structure for connecting wiring can be simplified.

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.Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, those skilled in the art may make various modifications and changes to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand that you can do it.

Claims

lower substrate;
a plurality of lower electrodes disposed on the lower substrate and electrically connected to each other;
a plurality of semiconductor structures disposed on the plurality of lower electrodes;
a plurality of upper electrodes disposed on the plurality of semiconductor structures; and
It includes a plurality of upper substrates disposed on the plurality of upper electrodes and spaced apart from each other,
The plurality of lower electrodes are,
Comprising a first electrode and a second electrode,
The long side of the first electrode has a first length and the height of the first electrode in the vertical direction perpendicular to the horizontal direction has a first thickness,
The long side of the second electrode has a second length greater than the first length, and the height of the second electrode in the vertical direction has the first thickness.