KR20240035159A - 열전장치 및 이를 포함하는 열전 시스템 - Google Patents

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KR20240035159A
KR20240035159A KR1020220114291A KR20220114291A KR20240035159A KR 20240035159 A KR20240035159 A KR 20240035159A KR 1020220114291 A KR1020220114291 A KR 1020220114291A KR 20220114291 A KR20220114291 A KR 20220114291A KR 20240035159 A KR20240035159 A KR 20240035159A
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봉상훈
원부운
이승환
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 열전 시스템은 제1 열전장치, 상기 제1 열전장치와 제1 방향을 따라 이격되어 배치된 제2 열전장치, 상기 제1 열전장치 및 상기 제2 열전장치와 전기적으로 연결된 배선부, 그리고, 상기 배선부의 적어도 일부를 둘러싸도록 상기 제1 열전장치 및 상기 제2 열전장치의 일측 상부에 배치된 배선보호부를 포함하고, 상기 배선보호부는, 상기 제1 열전장치 및 상기 제2 열전장치 상에 배치된 바닥부, 상기 바닥부의 제1 말단으로부터 상기 바닥부의 상부 방향을 향하여 연장된 제1 측벽, 상기 바닥부의 상기 제1 말단과 상기 제1 방향을 따라 이격된 제2 말단으로부터 상기 바닥부에 대하여 상부 방향을 향하여 연장된 제2 측벽, 상기 제1 측벽 및 제2 측벽 사이에 배치되고, 상기 바닥부의 상기 제1 말단과 상기 제2 말단 사이의 제3 말단으로부터 상기 상부 방향을 향하여 연장된 제3 측벽, 상기 제1 측벽 및 제2 측벽 사이에 배치되고, 상기 바닥부의 상기 제3 말단과 상기 제1 방향 및 상기 상부 방향과 교차하는 제2 방향으로 이격된 제4 말단으로부터 상기 상부 방향을 향하여 연장된 제4 측벽, 상기 바닥부와 이격되고 상기 제3 측벽으로부터 상기 제2 방향을 향하여 연장된 제1 탑부, 상기 바닥부와 이격되고 상기 제4 측벽으로부터 상기 제2 방향과 반대방향으로 연장된 제2 탑부, 그리고 상기 제2 탑부로부터 상기 상부 방향을 향하여 연장되고 상기 제1 탑부와 연결된 제5 측벽을 포함하고, 상기 제3 측벽과 상기 제5 측벽 간의 거리는 상기 상부 방향을 따라 점점 감소한다.

Description

열전장치 및 이를 포함하는 열전 시스템{THERMOELECTRIC DEVICE AND THERMOELECTRIC SYSTEM COMPRISING THE SAME}
본 발명은 열전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전소자의 저온부와 고온부 간 온도 차를 이용하는 열전장치 및 이를 포함하는 열전 시스템에 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 고온의 열 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 열전장치 및 이를 포함하는 열전 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 열전 시스템은 제1 열전장치, 상기 제1 열전장치와 제1 방향을 따라 이격되어 배치된 제2 열전장치, 상기 제1 열전장치 및 상기 제2 열전장치와 전기적으로 연결된 배선부, 그리고, 상기 배선부의 적어도 일부를 둘러싸도록 상기 제1 열전장치 및 상기 제2 열전장치의 일측 상부에 배치된 배선보호부를 포함하고, 상기 배선보호부는, 상기 제1 열전장치 및 상기 제2 열전장치 상에 배치된 바닥부, 상기 바닥부의 제1 말단으로부터 상기 바닥부의 상부 방향을 향하여 연장된 제1 측벽, 상기 바닥부의 상기 제1 말단과 상기 제1 방향을 따라 이격된 제2 말단으로부터 상기 바닥부에 대하여 상부 방향을 향하여 연장된 제2 측벽, 상기 제1 측벽 및 제2 측벽 사이에 배치되고, 상기 바닥부의 상기 제1 말단과 상기 제2 말단 사이의 제3 말단으로부터 상기 상부 방향을 향하여 연장된 제3 측벽, 상기 제1 측벽 및 제2 측벽 사이에 배치되고, 상기 바닥부의 상기 제3 말단과 상기 제1 방향 및 상기 상부 방향과 교차하는 제2 방향으로 이격된 제4 말단으로부터 상기 상부 방향을 향하여 연장된 제4 측벽, 상기 바닥부와 이격되고 상기 제3 측벽으로부터 상기 제2 방향을 향하여 연장된 제1 탑부, 상기 바닥부와 이격되고 상기 제4 측벽으로부터 상기 제2 방향과 반대방향으로 연장된 제2 탑부, 그리고 상기 제2 탑부로부터 상기 상부 방향을 향하여 연장되고 상기 제1 탑부와 연결된 제5 측벽을 포함하고, 상기 제3 측벽과 상기 제5 측벽 간의 거리는 상기 상부 방향을 따라 점점 감소한다.
상기 바닥부를 기준으로 상기 제1 탑부의 높이는 상기 바닥부를 기준으로 상기 제2 탑부의 높이보다 높을 수 있다.
상기 제3 측벽과 상기 제5 측벽이 이루는 각도는 10 내지 70도일 수 있다.
상기 제3 측벽과 상기 제4 측벽 간의 거리는 상기 상부 방향을 따라 점점 감소할 수 있다.
상기 배선보호부는 상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽 사이에 배치되고, 상기 제1 탑부, 상기 제2 탑부 및 상기 제5 측벽의 적어도 일부를 덮는 실드 커버부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 탑부 및 상기 제2 탑부 각각에는 적어도 하나의 체결홀이 형성되고, 상기 적어도 하나의 체결홀을 통하여 상기 실드 커버부와 체결될 수 있다.
상기 배선보호부는 상기 바닥부와 상기 제1 탑부 사이에 배치된 제1 단열부재 및 상기 바닥부와 상기 제2 탑부 사이에 배치된 제2 단열부재를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 열전장치 및 상기 제2 열전장치의 타측 상부에 배치된 상부 구조물을 더 포함할 수 있다.
상기 배선보호부와 상기 상부 구조물의 형상은 서로 대칭할 수 있다.
상기 바닥부에서 상기 제1 방향을 따라 이격되어 형성된 제1홀 및 제2홀, 그리고 상기 제3 측벽에 형성된 제3홀을 더 포함하고, 상기 제1 열전장치에 연결된 제1 배선은 상기 제1홀을 관통하고, 상기 제3홀을 통하여 외부로 인출되고, 상기 제2 열전장치에 연결된 제2 배선은 상기 제2홀을 관통하고, 상기 제3홀을 통하여 외부로 인출될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 시스템은 제1 열전 시스템, 그리고 상기 제1 열전 시스템 아래에 배치된 제2 열전 시스템을 포함하고, 상기 제1 열전 시스템은, 제1 열전장치, 상기 제1 열전장치와 제1 방향을 따라 이격되어 배치된 제2 열전장치, 상기 제1 열전장치 및 상기 제2 열전장치와 전기적으로 연결된 제1 배선부, 그리고 상기 제1 배선부의 적어도 일부를 둘러싸도록 상기 제1 열전장치 및 상기 제2 열전장치의 일측 상부에 배치된 제1 배선보호부를 포함하고, 상기 제2 열전 시스템은, 제3 열전장치, 상기 제3 열전장치와 제1 방향을 따라 이격되어 배치된 제4 열전장치, 상기 제3 열전장치 및 상기 제4 열전장치와 전기적으로 연결된 제2 배선부, 그리고 상기 제2 배선부의 적어도 일부를 둘러싸도록 상기 제3 열전장치 및 상기 제4 열전장치의 일측 상부에 배치된 제2 배선보호부를 포함하고, 상기 제1 내지 제4 열전장치 각각은 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향을 따라 제1 유체가 관통하도록 형성된 유로 영역을 포함하고, 상기 제1 열전장치 및 상기 제2 열전장치 사이와 상기 제3 열전장치 및 상기 제4 열전장치 사이는 상기 제1 유체보다 고온인 제2 유체가 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직하는 제3 방향을 따라 흐르도록 이격되며, 상기 제2 배선보호부의 바닥부의 폭은 상기 제2 배선보호부의 탑부의 폭의 0.98 내지 1.02배이다.
상기 제1 열전장치 및 상기 제2 열전장치의 타측 상부에 상기 제1 배선보호부와 대칭으로 배치된 제1 상부 구조물, 그리고 상기 제3 열전장치 및 상기 제4 열전장치의 타측 상부에 상기 제2 배선보호부와 대칭으로 배치된 제2 상부 구조물을 더 포함하고, 상기 제1 배선보호부 및 상기 제1 상부 구조물의 서로 마주보는 면들 간 간격은 상기 제2 유체가 흐르는 방향을 따라 점점 좁아지며, 상기 제2 배선보호부의 바닥부와 상기 제2 상부 구조물의 바닥부 간 최단거리는 상기 제2 배선보호부의 탑부와 상기 제2 상부 구조물의 탑부 간 최단거리의 0.96 내지 1.04배일 수 있다.
상기 제1 배선보호부는, 상기 제1 열전장치 및 상기 제2 열전장치 상에 배치된 제1 바닥부, 상기 제1 바닥부의 제1 말단으로부터 상기 제1 바닥부에 대하여 상부 방향을 향하여 연장된 제1 측벽, 상기 제1 바닥부의 상기 제1 말단과 상기 제1 방향을 따라 이격된 제2 말단으로부터 상기 제1 바닥부에 대하여 상부 방향을 향하여 연장된 제2 측벽, 상기 제1 측벽 및 제2 측벽 사이에 배치되고, 상기 제1 바닥부의 상기 제1 말단과 상기 제2 말단 사이의 제3 말단으로부터 상기 상부 방향을 향하여 연장된 제3 측벽, 상기 제1 측벽 및 제2 측벽 사이에 배치되고, 상기 제1 바닥부의 상기 제3 말단과 상기 제2 방향으로 이격된 제4 말단으로부터 상기 상부 방향을 향하여 연장된 제4 측벽, 상기 제1 바닥부와 이격되고 상기 제3 측벽으로부터 상기 제2 방향을 향하여 연장된 제1 탑부, 상기 제1 바닥부와 이격되고 상기 제4 측벽으로부터 상기 제2 방향과 반대방향으로 연장된 제2 탑부, 그리고 상기 제2 탑부로부터 상기 상부 방향을 향하여 연장되고 상기 제1 탑부와 연결된 제5 측벽을 포함하고, 상기 제3 측벽과 상기 제5 측벽 간의 거리는 상기 상부 방향을 따라 점점 감소할 수 있다.
상기 제2 배선보호부는, 상기 제3 열전장치 및 상기 제4 열전장치 상에 배치된 제2 바닥부, 상기 제2 바닥부의 제5 말단으로부터 상기 제2 바닥부에 대하여 상기 상부 방향을 향하여 연장된 제6 측벽, 상기 제2 바닥부의 상기 제5 말단과 상기 제1 방향을 따라 이격된 제6 말단으로부터 상기 제2 바닥부에 대하여 상부 방향을 향하여 연장된 제7 측벽, 상기 제6 측벽 및 제7 측벽 사이에 배치되고, 상기 제2 바닥부의 상기 제5 말단과 상기 제6 말단 사이의 제7 말단으로부터 상기 상부 방향을 향하여 연장된 제8 측벽, 상기 제6 측벽 및 제7 측벽 사이에 배치되고, 상기 제2 바닥부의 상기 제7 말단과 상기 제2 방향으로 이격된 제8 말단으로부터 상기 상부 방향을 향하여 연장된 제9 측벽, 그리고 상기 제2 바닥부와 이격되고 상기 제8 측벽으로부터 상기 제2 방향을 향하여 연장된 제3 탑부를 포함하고, 상기 제9 측벽은 상기 제3 탑부까지 연장되며, 상기 제8 측벽 및 상기 제9 측벽은 서로 평행할 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 3 내지 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전소자이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치에 포함되는 유체유동부의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 유체유동부의 단면도이다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 유체유동부의 단면의 일부 확대도이다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 평면도이다.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 분해 사시도이다.
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 하부 기판 상에 배치된 전극부의 형상이다.
도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈에 포함되는 프레임의 평면도이다.
도 14는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈에 포함되는 절연부재의 평면도이다.
도 15는 절연 거리에 따른 절연저항을 나타내는 그래프이다.
도 16 내지 도 23은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치에 실드부재를 조립하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 24는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치에 실드부재가 조립된 상태에서의 단면도이다.
도 25는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치에서 제3 실드부재를 제거한 상태의 사시도이다.
도 26은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 시스템이다.
도 27 내지 도 29는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 시스템에 배선보호부를 조립하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 30은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 시스템에 포함되는 상부 구조물의 사시도이다.
도 31은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 시스템의 사시도이다.
도 32 내지 도 33은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 시스템에 배선보호부를 조립하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 34는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 시스템에 포함되는 상부 구조물의 사시도이다.
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 열전 시스템을 이룰 수도 있다. 이에 따르면, 단위 면적 당 열전 성능 또는 발전 성능을 최대화할 수 있다. 열전장치는 발전장치라 지칭될 수 있고, 열전 시스템은 발전 시스템이라 지칭될 수 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 열전모듈(1200)이 배치될 수 있다. 제1면(1110)과 제2면(1120) 사이의 일측면(1150)으로부터 제1면(1110)과 제2면(1120) 사이에서 일측면(1150)과 대향하는 타측면(1160)을 향하도록 제1 유체가 흐를 수 있다. 이를 위하여, 일측면에는 유체유입구가 배치되고, 타측면에는 유체배출구가 배치될 수 있다. 제1면(1110)과 제2면(1120) 사이의 상면인 제4면(1140)으로부터 제1면(1110)과 제2면(1120) 사이의 하면인 제3면(1130)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.
한편, 제2 유체는 유체유동부(1100)의 외부, 예를 들어 유체유동부(1100)의 외부에 배치된 열전모듈(1200)의 히트싱크를 통과한다. 제2 유체는 자동차, 선박 등의 배기열 또는 흡기열일 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 히트싱크(1220)를 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 히트싱크(1220)를 통과하는 제2 유체의 온도보다 높을 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열전모듈(1200)은 열전소자 및 열전소자 상에 배치된 히트싱크(1220)를 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 전극부(120), P형 반도체 소자(130), N형 반도체 소자(140), 제2 전극부(150) 및 제2 기판(160)을 포함한다.
제1 전극부(120)는 제1 기판(110)과 P형 반도체 소자(130) 및 N형 반도체 소자(140)의 하부 바닥면 사이에 배치되고, 제2 전극부(150)는 제2 기판(160)과 P형 반도체 소자(130) 및 N형 반도체 소자(140)의 상부 바닥면 사이에 배치된다. 이에 따라, 복수의 P형 반도체 소자(130) 및 복수의 N형 반도체 소자(140)는 제1 전극부(120) 및 제2 전극부(150)에 의하여 전기적으로 연결된다. 제1 전극부(120)와 제2 전극부(150) 사이에 배치되며, 전기적으로 연결되는 한 쌍의 P형 반도체 소자(130) 및 N형 반도체 소자(140)는 단위 셀을 형성할 수 있다.
예를 들어, 리드선(181, 182)을 통하여 제1 전극부(120) 및 제2 전극부(150)에 전압을 인가하면, 펠티에 효과로 인하여 P형 반도체 소자(130)로부터 N형 반도체 소자(140)로 전류가 흐르는 기판은 열을 흡수하여 냉각부로 작용하고, N형 반도체 소자(140)로부터 P형 반도체 소자(130)로 전류가 흐르는 기판은 가열되어 발열부로 작용할 수 있다. 또는, 제1 전극부(120) 및 제2 전극부(150) 간 온도 차를 가해주면, 제벡 효과로 인하여 P형 반도체 소자(130) 및 N형 반도체 소자(140) 내 전하가 이동하며, 전기가 발생할 수도 있다.
여기서, P형 반도체 소자(130) 및 N형 반도체 소자(140)는 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te)를 주원료로 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 반도체 소자일 수 있다. P형 반도체 소자 (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 반도체 소자(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 반도체 소자(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 반도체 소자(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 반도체 소자(130) 및 N형 반도체 소자(140)는 벌크형 또는 적층형으로 형성될 수 있다. 일반적으로 벌크형 P형 반도체 소자(130) 또는 벌크형 N형 반도체 소자(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 반도체 소자(130) 및 N형 반도체 소자(140)는 다결정 열전 레그일 수 있다. 이와 같이, P형 반도체 소자(130) 및 N형 반도체 소자(140)가 다결정 열전 레그인 경우, P형 반도체 소자(130) 및 N형 반도체 소자(140)의 강도가 높아질 수 있다. 적층형 P형 반도체 소자(130) 또는 적층형 N형 반도체 소자(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 반도체 소자(130) 및 N형 반도체 소자(140)는 동일한 형상 및 체적을 가지거나, 서로 다른 형상 및 체적을 가질 수 있다. 예를 들어, P형 반도체 소자(130)와 N형 반도체 소자(140)의 전기 전도 특성이 상이하므로, N형 반도체 소자(140)의 높이 또는 단면적을 P형 반도체 소자(130)의 높이 또는 단면적과 다르게 형성할 수도 있다.
이때, P형 반도체 소자(130) 또는 N형 반도체 소자(140)는 원통 형상, 다각 기둥 형상, 타원형 기둥 형상 등을 가질 수 있다.
본 명세서에서, 반도체 소자는 열전 레그, 열전 구조물, 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 반도체 소자(130) 및 N형 반도체 소자(140) 사이에 배치되는 제1 전극부(120), 그리고 제2 기판(160)과 P형 반도체 소자(130) 및 N형 반도체 소자(140) 사이에 배치되는 제2 전극부(150)는 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함하며, 0.01mm 내지 0.3mm의 두께를 가질 수 있다. 제1 전극부(120) 또는 제2 전극부(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 전극부(120) 사이 및 제2 기판(160)과 제2 전극부(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.
각 절연층(170)은 하나의 절연층이거나, 서로 다른 조성의 복수의 절연층일 수 있다. 제1 전극부(120) 및 제2 전극부(150) 중 적어도 하나의 측면의 적어도 일부는 절연층(170)에 매립되며, 각 전극부에 포함되는 복수의 전극 사이에 배치된 절연층(170)의 상면은 각 기판을 향하여 오목한 형상을 가질 수 있다. 각 절연층(170)이 복수의 절연층인 경우, 제1 전극부(120) 및 제2 전극부(150) 중 적어도 하나의 측면의 적어도 일부는 각 기판을 기준으로 최상부에 배치된 절연층(170)에 매립되며, 각 전극부에 포함되는 복수의 전극 사이에 배치된 절연층(170)의 최상면은 각 기판을 향하여 오목한 형상을 가질 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 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 반도체 소자(130) 또는 N형 반도체 소자(140)와 접촉하는 면에 형성되는 경우, 반도체 소자와 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 전극부(120), P형 반도체 소자(130), N형 반도체 소자(140) 및 제2 전극부(150)의 측면에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 전극부(120), P형 반도체 소자(130), N형 반도체 소자(140) 및 제2 전극부(150)는 외부의 습기, 열, 오염 등으로부터 실링될 수 있다.
다시 도 1 내지 도 2를 참조하면, 유체유동부(1100)의 제1면(1110) 및 제2면(1120)에는 각각 열전모듈(1200)이 배치될 수 있다.
전술한 바와 같이, 각 열전소자는 유체유동부(1100)에 접촉하도록 배치된 제1기판(110), 제1 기판(110) 상에 배치된 제1 전극부(120), 제1 전극부(120) 상에 배치된 복수의 반도체 소자(130, 140), 복수의 반도체 소자(130, 140) 상에 배치된 제2 전극부(150) 및 제2 전극부(150) 상에 배치된 제2 기판(160)을 포함하며, 제2 기판(160) 상에 히트싱크(1220)가 배치된다. 이때, 유체유동부(1100) 상에 배치되는 열전소자의 제1 기판은 금속기판일 수 있고, 금속기판은 유체유동부(1100)의 표면과 열전달물질(thermal interface material, TIM, 미도시)에 의하여 접착될 수 있다. 금속기판은 열전달 성능이 우수하므로, 열전소자와 유체유동부(1100) 간의 열전달이 용이하다. 또한, 금속기판과 유체유동부(1100)가 열전달물질(thermal interface material, TIM)에 의하여 접착되면, 금속기판과 유체유동부(1100) 간의 열전달이 방해 받지 않을 수 있다. 여기서, 금속기판은 구리 기판, 알루미늄 기판 및 구리-알루미늄 기판 중 하나일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다.
열전모듈(1200)은 생산되는 전기를 외부로 추출하거나, 펠티어로 이용하기 위해 전기를 인가하기 위한 커넥터를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 절연부재(900)를 커넥터의 주변에 배치하여 열전모듈(1200)과 유체유동부(1100) 간 접합력을 균일하게 유지하고, 커넥터에 연결되는 배선(W)을 보호할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따르면, 열전모듈(1200) 내부로 수분 또는 오염물질이 침투하는 것을 방지하기 위하여, 실드부재(1500)가 더 배치될 수 있다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치에 포함되는 유체유동부의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 유체유동부의 단면도이며, 도 7 내지 도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 유체유동부의 단면의 일부 확대도이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 유체유동부(1100)는 유체유동부(1100)의 제1면(1110)으로부터 제2면(1120)을 향하는 제1 방향에 수직하는 제2 방향을 따라 형성된 유로(502)를 포함하는 유로 영역(500), 유로 영역(500)의 일측에 배치되며, 제2 방향을 따라 형성된 제1홀(512)을 포함하는 유체 유입 영역(510) 및 유로 영역(500)의 타측에 배치되며, 제2 방향을 따라 형성된 제2 홀(522)을 포함하는 유체 배출 영역(520)을 포함한다. 여기서, 유로 영역(500)은 제2 방향을 따라 평행한 복수의 유로(502)를 포함하고, 유체 유입 영역(510)은 제2 방향을 따라 평행한 복수의 제1 홀(512)을 포함하고, 유체 배출 영역((520)은 제2 방향을 따라 평행한 복수의 제2 홀(522)을 포함하며, 각 유로(502)는 각 제1 홀(512) 및 각 제2 홀(522)에 대응하도록 배치될 수 있다. 제1 홀(512)로 유입된 제1 유체는 제2 방향을 따라 유로(502)를 통과한 후 제2 홀(522)로 배출될 수 있다. 이를 위하여, 제1 홀(512)에는 연결부재(미도시)가 배치되며, 유체유동부(1100)는 연결부재를 통하여 외부와 연결될 수 있다. 연결부재는 중공의 관 형상으로, 일부는 제1 홀(512) 내에 끼워지고, 나머지 일부는 유체유동부(1100)의 일측(1150) 외부로 돌출될 수 있다. 제1 유체는 연결부재를 통하여 외부로부터 공급받으며, 제1 홀(512) 내에 끼워진 연결부재를 통과한 후 유로(502)로 전달될 수 있다. 이와 마찬가지로, 제2 홀(522)에는 연결부재(미도시)가 배치되며, 유체유동부(1100)는 연결부재를 통하여 외부와 연결될 수 있다. 연결부재는 중공의 관 형상으로, 일부는 제2 홀(522) 내에 끼워지고, 나머지 일부는 유체유동부(1100)의 타측(1160) 외부로 돌출될 수 있다. 제1 유체는 유로(502)를 통과한 후 제2 홀(522) 내에 끼워진 연결부재를 통하여 외부로 배출될 수 있다. 연결부재는 연결관이라 지칭될 수도 있다. 이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 열전장치가 연결부재를 통해 외부 구성과 연결되면, 스크류 등의 체결부재의 사용이 최소화될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 각 제1 홀(512)의 단면적은 각 유로(502)의 단면적보다 클 수 있다. 여기서, 단면적은 제1 유체가 흐르는 제2 방향에 수직하는 단면의 면적으로 정의될 수 있다. 이에 따르면, 제1 홀(512)에 연결부재가 끼워진 상태에서 연결부재의 단면적과 유로(502)의 단면적은 0.8 내지 1.2배, 0.85 내지 1.15배, 0.9 내지 1.1배, 0.95 내지 1.05배, 0.97 내지 1.03배, 0.99 내지 1.01배일 수 있으며, 제2 방향을 따라 흐르는 제1 유체의 유로 저항이 최소화될 수 있다.
여기서, 제1 홀(512) 및 유로(502)는 1대1로 매칭되고, 유로(502) 및 제2 홀(522)은 1대1로 매칭되는 것으로 도시되어 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 복수의 제1 홀(512)을 통과한 유체는 하나의 유로에서 모아질 수도 있고, 하나의 유로를 통과한 유체는 복수의 제2 홀(522)로 분산될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유체유동부(1100)는 제1 홀(512)과 유로(502) 사이에 배치된 제1 단차부(530)를 더 포함한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 단차부(530)는 제1 단차면(532) 및 제1 단차면(532)으로부터 유로(502)를 향하여 경사지도록 연장된 제1 챔퍼면(534)을 포함한다. 여기서, 제1 단차면(532)은 제1 유체가 흐르는 제2 방향에 수직한 면과 평행한 면일 수 있다. 즉, 제1 단차면(532)은 제1 홀(512)의 벽면으로부터 돌출된 면일 수 있다. 제1 단차면(532)은 제1 홀(512)에 끼워진 연결부재(미도시)의 끝단과 접촉할 수 있으며, 이에 따라 연결부재의 스토퍼 기능을 할 수 있다. 이에 따르면, 연결부재를 본 발명의 실시예에 따른 유체유동부(1100)와 조립하는 경우, 연결부재의 끝단이 제1 단차면(532)과 접촉하면 연결부재가 더 이상 유체유동부(1100)의 내부로 삽입되지 않고 멈추므로, 조립이 용이하고, 연결부재와 유체유동부(1100) 간 결합력을 높일 수 있다.
이때, 제1 단차면(532)의 높이(532h)는 제1 홀(512)의 벽면으로부터 1mm 이상일 수 있다. 제1 단차면(532)의 높이(532h)는 중공의 관 형상인 연결부재의 두께 이하, 예를 들어 연결부재의 두께의 0.5 내지 1배 이하일 수 있다. 이에 따르면, 제1 단차면(532)이 연결부재의 스토퍼의 기능을 유지하면서도, 제1 유체의 흐름이 제1 단차면(532)에 의해 방해 받지 않을 수 있다. 이에 따르면, 제1 단차면(532)에 의한 제1 유체의 와류 현상을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 챔퍼면(534)은 제1 단차면(532)으로부터 유로(502)를 향하여 경사지게 연장된 면이며, 제1 홀(512)에 끼워진 연결부재로부터 배출된 제1 유체는 제1 챔퍼면(534)에 의하여 유로 저항없이 유로(502)로 유입될 수 있다. 제1 챔퍼면(534)은 제1 단차면(532)에 수직한 면에 대하여 5도 내지 85도, 10도 내지 80도, 15도 내지 75도, 20도 내지 70도, 25도 내지 65도, 30도 내지 60도, 35도 내지 55도, 40도 내지 50도, 40도 내지 85도, 45도 내지 85도, 50도 내지 85도, 55도 내지 85도, 60도 내지 85도, 65도 내지 85도, 70도 내지 85도, 75도 내지 85도의 각도(θ)를 이룰 수 있다. 이에 따르면, 연결부재로부터 배출된 제1 유체는 유속 변화 없이 유로(502)로 유입될 수 있다.
이때, 제1 챔퍼면(534)의 길이(534L)는 제1 단차면(532)의 높이(532h))의 3배 이상일 수 있다. 제1 챔퍼면(534)의 길이(534L)는 연결부재의 내경의 60% 이상일 수 있다. 이에 따르면, 제1 유체는 제1 챔퍼면(534)에 의하여 유로 저항없이 유로(502)로 유입될 수 있으며, 유로 영역(500)에서 유체유동부(1100)의 제1 방향 두께가 보다 얇게 구현될 수 있다.
이와 마찬가지로, 유체유동부(1100)는 유로(502)와 제2 홀(522) 사이에 배치된 제2 단차부(540)를 더 포함한다. 여기서, 제1 단차부(530)를 중심으로 설명되고 있지만, 동일한 구조가 제2 단차부(540)에도 적용될 수 있다. 제1 단차부(530) 및 제2 단차부(540)는 서로 대칭할 수 있다. 즉, 제1 단차부(540)는 제2 홀(522) 및 유로(502) 사이에 배치된 제2 단차면(542)과 제2 단차면(542)으로부터 유로(502)를 향하여 경사지도록 연장된 제2 챔퍼면(544)을 포함할 수 있다. 이에 따르면, 유체 배출 영역(520)에서 제1 유체의 유속 변화를 방지할 수 있으며, 제1 유체가 유로 저항 없이 외부로 배출될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 열전장치(1000)는 연결부재(미도시)를 통하여 외부 구성과 연결된다. 연결부재의 일단은 외부 구성과 연결되며, 연결부재의 타단은 본 발명의 실시예에 따른 유체유동부(1100)와 연결된다. 연결부재의 타단은 본 발명의 실시예에 따른 유체유동부(1100)의 제1 홀(512)에 삽입된 후 제1 홀(512)에 고정될 수 있다.
이를 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 홀(512)의 벽면에는 소정 깊이를 가지는 제1 홈(G1)이 형성된다. 연결부재의 타단을 제1 홀(512)에 삽입한 후, 제1 홈(G1)에 대응하는 위치에서 연결부재의 내벽에 힘을 가해 직경을 확장시키면, 연결부재의 타단이 제1 홀(512)에 압입될 수 있다. 이에 따르면, 연결부재와 제1 홀(512)의 제1 홈(G1) 간 갭(gap)이 없어지면서, 기밀성이 확보될 수 있다. 이에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 열전장치(1000)가 스크류 등의 체결부재 없이 연결부재를 통하여 외부 구성과 연결될 수 있으므로, 체결력 및 내구성이 보장될 수 있다.
이때, 제1 홀(512)은 연결부재와 같은 원형으로, 제1 홀(512)의 직경은 연결부재의 직경보다 크게 설계될 수 있다. 예를 들어, 제1 홀(512)의 직경은 연결부재의 직경보다 0.2 내지 0.4mm 크게 설계될 수 있다. 이에 따르면, 연결부재가 제1 홀(512)에 용이하게 삽입될 수 있으며, 연결부재와 제1 홀(512) 간 기밀성과 체결성이 높아질 수 있다. 이를 위하여, 연결부재는 연성이 있는 재질일 수 있으며, 제1 홀(512)에 삽입된 후 제1 홀(512)의 형상에 맞게 구부려질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유체 유입 영역(510)의 일측에서 유체 유입 영역(510)의 타측인 제1 단차부(530)까지의 거리(512L), 즉 제1 홀(512)이 제2 방향을 따라 연장된 거리는 연결부재의 전체 길이의 40% 이상이고 70% 이하로 설계될 수 있다. 이에 따르면, 연결부재와 제1 홀(512) 간 체결력이 확보될 수 있으며, 체결 작업이 용이할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 홀(512)에 형성된 제1 홈(G1)은 제1 홀(512)의 벽면을 따라 연속적인 링 형상으로 형성될 수 있다. 이에 따르면, 연결부재와 제1 홈(G1) 간 고정이 용이할 수 있다.
또는, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 홀(512)에 형성된 제1 홈(G1)은 제1 홀(512)의 벽면을 따라 불연속적인 링 형상으로 형성될 수도 있다.
또는, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 홈(G1)의 길이는 제1 홀(512)의 벽면의 둘레 길이의 20% 이상, 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상, 90% 이상일 수 있다. 여기서, 제1 홈(G1)의 길이는 제1 홈(G1)이 제1 홀(512)의 벽면을 따라 연장된 거리일 수 있다. 예를 들어, 제1 홈(G1)의 길이는 1.5mm 내지 4mm일 수 있다. 이에 따르면, 제1 홈(G1)과 연결부재 간 체결력 및 기밀성이 모두 보장될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 홈(G1)은 제1 홀(512)의 벽면을 따라 나선 형상으로 형성될 수도 있다. 이에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 열전장치(1000)의 잦은 진동 시에도 연결부재가 열전장치(1000)로부터 이탈될 가능성이 최소화될 수 있다.
또는, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 홈(G1)은 유체 유입 영역(510)의 일측, 즉 유체 유입구에서 유체 유입 영역(510)의 타측, 즉 제1 단차부(530)까지 제2 방향을 따라 연장되도록 형성될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 홈(G1)의 깊이(G1D)는 연결부재의 두께의 20% 이상 50% 이하일 수 있다. 여기서, 제1 홈(G1)의 깊이(G1D)는 제1 홀(512)의 벽면으로부터 제1 홈(G1)의 바닥면까지의 수직 거리일 수 있다. 제1 홈(G1)의 깊이가 이러한 수치범위를 만족할 경우, 연결부재와의 체결력 및 기밀성이 동시에 보장될 수 있다.
이때, 제1 홈(G1)의 길이는 제1 홈(G1)의 깊이(G1D)보다 클 수 있다. 예를 들어, 제1 홈(G1)의 길이는 제1 홈(G1)의 깊이(G1D)의 2배 이상, 5배 이상, 10배 이상, 2배 내지 20배일 수 있다. 이에 따르면, 연결부재를 제1 홀(512)에 고정시키기 위한 작업이 용이하며, 연결부재 및 제1 홀(512) 간 기밀성을 유지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 홀(512)의 벽면에는 제1 홈(G1)과 이격되며, 소정 깊이를 가지는 제2 홈(G2)이 더 형성될 수도 있다. 제1 홀(512)에 두 개 이상의 홈이 형성되면, 연결부재가 제1 홈(G1) 및 제2 홈(G2)의 공간을 채우면서도 후크(hook)와 같은 형태로 체결력이 더욱 높아질 수 있다.
이때, 제1 홈(G1) 및 제2 홈(G2)은 유체 유입 영역(510)의 일측, 즉 유체 유입구에서 유체 유입 영역(510)의 타측, 즉 제1 단차부(530)까지 제2 방향을 따라 순서대로 배치되며, 유체 유입 영역(510)의 일측에서 제1 홈(G1)까지의 거리(d1) 및 제2 홈(G2)에서 유체 유입 영역(510)의 타측인 제1 단차부(530)까지의 거리(d2) 중 적어도 하나는 제1 홈(G1)과 제2 홈(G2) 간 거리(d3) 이상일 수 있다. 이때, 제1 홈(G1)과 제2 홈(G2) 간 거리는 6mm 이상일 수 있다. 이에 따르면, 연결부재 및 제1 홀(512) 간 체결력 및 기밀성이 동시에 보장될 수 있다.
설명의 편의를 위하여, 유체 유입 영역(510)의 제1 홀(512)에 형성된 홈을 위주로 설명하고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 유체 배출 영역(520)의 제2 홀(522)에도 제1 홀(512)과 동일 또는 유사한 구조로 홈이 형성될 수 있다.
도시되지 않았으나, 제1 홀(512)의 홈에 맞물리도록 연결부재의 외벽에는 돌출부가 형성될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유체유동부(1100)의 제1 방향 두께는 유로 영역(500), 유체 유입 영역(510) 및 유체 배출 영역(520)에서 상이할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 유체유동부(1100)의 제1 방향 두께는 유로 영역(500), 유체 유입 영역(510), 유체 배출 영역(520), 제1 단차부(530) 및 제2 단차부(540)에서 상이할 수 있다. 예를 들어, 유로 영역(500)에서 제1 방향의 두께는 유체 유입 영역(510) 및 유체 배출 영역(520)에서 제1 방향의 두께보다 얇을 수 있다. 예를 들어, 유로 영역(500)에서 제1 방향의 두께는 제1 단차부(530) 및 제2 단차부(540)에서 제1 방향의 두께보다 얇고, 제1 단차부(530) 및 제2 단차부(540)에서 제1 방향의 두께보다 얇을 수 있다. 유체 유입 영역(510) 및 유체 배출 영역(520)에서 제1 방향의 두께보다 얇을 수 있다. 제1 단차부(530) 및 제2 단차부(540)가 각각 제1 챔퍼면(534) 및 제2 챔퍼면(544)을 포함하는 경우, 유로 영역(500)의 제1 방향의 두께는 유체 유입 영역(510) 및 유체 배출 영역(520)에서 제1 방향의 두께보다 얇게 구현될 수 있다. 유로 영역(500)의 양면에는 열전모듈이 배치되므로, 유로 영역(500)의 두께를 얇게 구현할수록 단위 부피당 수용되는 열전장치의 개수를 증가시킬 수 있으며, 단위 부피당 열전 성능을 개선할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유체유동부(1100)의 유체 유입 영역(510) 또는 유체 유입 영역(510)과 제1 단차부(530)의 제4면(1140)에는 단차면(1142, 1144)이 형성될 수 있다. 단차면(1142, 1144)은 제4면(1140)과 평행하되, 제4면(1140)을 사이에 두고 제4면(1140)과 단차를 이를 수 있다. 단차면(1142)는 유체유동부(1100)의 제1면(1110) 및 제2면(1120)에 배치된 열전모듈(1200)에 연결되는 배선을 가이드하는 역할을 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유체유동부(1100)의 유로 영역(500)의 제1면(1110) 및 제2면(1120)에는 돌출부(1112)가 배치될 수 있다. 돌출부(1112)는 유체유동부(1100)의 제3면(1130) 및 제4면(1140) 중 제4면(1140)에 가까운 측에 제2 방향을 따라 소정 간격을 이루며 서로 이격된 복수의 돌출부일 수 있다. 돌출부(1112)는 후술할 열전모듈(1200) 또는 실드부재(1500)의 위치 고정 수단이 될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유체유동부(1100)의 유로 영역(500)의 제1면(1110) 및 제2면(1120)에는 소정의 홈(1114)이 형성될 수 잇다. 소정의 홈(1114)는 후술할 열전모듈(1200)의 위치 가이드가 될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유체유동부(1100)의 제1면(1110) 및 제2면(1120)에는 열전모듈(1200)이 배치된다. 유체유동부(1100)는 유로 영역(500)과, 유로 영역(500)의 양 측에 배치된 유로 유입 영역(510) 및 유로 배출 영역(520)을 포함한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 열전모듈(1200)은 유로 영역(500)에 배치된다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 사시도이고, 도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 평면도이고, 도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 분해 사시도이며, 도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈의 하부 기판 상에 배치된 전극부의 형상이고, 도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈에 포함되는 프레임의 평면도이고, 도 14는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전모듈에 포함되는 절연부재의 평면도이고, 도 15는 절연 거리에 따른 절연저항을 나타내는 그래프이다.
도 9 내지 도 14를 참조하면, 열전모듈(1200)은 제1 열전모듈(600) 및 제1 열전모듈(600)과 인접하여 배치되는 제2 열전모듈(700)을 포함한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 유체유동부(1100)의 제1면(1110) 및 제2면(1120)에는 각각 복수의 열전모듈(1200)이 배치될 수 있다. 열전모듈(1200)은 열전소자 및 히트싱크를 포함하며, 도 3 내지 도 4를 참조하여 설명한 내용과 동일한 내용에 대해서는 중복된 설명을 생략한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 열전모듈(600)은 제1 하부기판(610), 제1 하부기판(610) 상에 배치되는 복수의 반도체 소자 및 복수의 반도체 소자 상에 배치되는 제1 상부기판(620)을 포함하고, 제2 열전모듈(700)은 제2 하부기판(710), 제2 하부기판(710) 상에 배치되는 복수의 반도체 소자 및 복수의 반도체 소자 상에 배치되는 제2 상부기판(720)을 포함한다. 제1 및 제2 하부기판(610, 710)은 도 3 내지 도 4를 참조하여 설명한 제1 기판(110)일 수 있고, 복수의 반도체 소자는 도 3 내지 도 4를 참조하여 설명한 P형 반도체 소자(130) 및 N형 반도체 소자(140)일 수 있으며, 제1 및 제2 상부기판(620, 720)은 도 3 내지 도 4를 참조하여 설명한 제2 기판(160)일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 및 제2 하부기판(610, 710)은 유체유동부(1100)의 제1면(1110)에 배치된다. 이때, 제1 및 제2 하부기판(610, 710)은 유체유동부(1100)의 제1면(1110)에 직접 접촉하도록 배치되거나, 열전달물질(thermal interface material, TIM) 등을 통하여 간접 접촉하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 하부기판(610)은 제1 내지 제4 외곽(610S1~610S4)을 포함하고, 제2 하부기판(710)은 제1 내지 제4 외곽(710S1~710S4)을 포함하며, 제1 하부기판(610)의 제1 외곽(610S1) 및 제2 외곽(610S2)은 서로 마주보고, 제1 하부기판(610)의 제3 외곽(610S3) 및 제4 외곽(610S4)은 서로 마주보며, 제2 하부기판(710)의 제1 외곽(710S1) 및 제2 외곽(710S2)은 서로 마주보고, 제2 하부기판(710)의 제3 외곽(710S3) 및 제4 외곽(710S4)은 서로 마주보고, 제1 하부기판(610)의 제1 외곽(610S1) 및 제2 외곽(610S2)과 제2 하부기판(710)의 제1 외곽(710S1) 및 제2 외곽(710S2)은 제2 방향을 따라 순차적으로 배치될 수 있다.
제1 하부기판(610) 상에 배치되는 복수의 반도체 소자는 제1 하부기판(610)의 제1 영역(611)에 배치되는 제1-1 반도체 소자들과 제1 하부기판(610)의 제2 영역(612)에 배치되는 제1-2 반도체 소자들을 포함하고, 제2 하부기판(710) 상에 배치되는 복수의 반도체 소자는 제2 하부기판(710)의 제3 영역(711)에 배치되는 제2-1 반도체 소자들과 제2 하부기판(710)의 제4 영역(712)에 배치되는 제2-2 반도체 소자들을 포함한다. 제1 하부기판(610)의 제1 영역(611)과 제1-1 반도체 소자들 사이에는 제1-1 전극부(631)가 배치되고, 제1 하부기판(610)의 제2 영역(612)과 제1-2 반도체 소자들 사이에는 제1-2 전극부(632)가 배치되며, 제2 하부기판(710)의 제3 영역(711)과 제2-1 반도체 소자들 사이에는 제2-1 전극부(731)가 배치되고, 제2 하부기판(710)의 제4 영역(714)과 제2-2 반도체 소자들 사이에는 제2-2 전극부(732)가 배치된다. 제1-1 전극부(631)와 제1-2 전극부(632)는 연결전극(633)에 의해 연결되고, 제2-1 전극부(731)와 제2-2 전극부(732)는 연결전극(733)에 의해 연결된다.
제1 상부기판(620)은 제1-1 반도체 소자들 상에 배치되는 제1-1 상부기판(621)과 제1-2 반도체 소자들 상에 배치되는 제1-2 상부기판(622)을 포함하고, 제2 상부기판(720)은 제2-1 반도체 소자들 상에 배치되는 제2-1 상부기판(721)과 제2-2 반도체 소자들 상에 배치되는 제2-2 상부기판(722)을 포함한다. 제1-1 상부기판(621) 상에는 제1-1 히트싱크(641)가 배치되고, 제1-2 상부기판(622) 상에는 제1-2 히트싱크(642)가 배치되며, 제2-1 상부기판(721) 상에는 제2-1 히트싱크(741)가 배치되고, 제2-2 상부기판(722) 상에는 제2-2 히트싱크(742)가 배치된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 연결전극(633, 733)의 장축 방향 길이는 제1-1 전극부(631), 제1-2 전극부(632), 제2-1 전극부(731) 및 제2-2 전극부(732)에 포함된 전극의 장축 방향 길이의 2배 내지 4배가 될 수 있다. 이에 따르면, 제1-1 히트싱크(641) 및 제1-2 히트싱크(642) 간 거리와 제2-1 히트싱크(741) 및 제2-2 히트싱크(742)가 거리가 소정 거리 이상으로 보장될 수 있으므로, 히트싱크 간 간섭이 방지될 수 있고, 작업 효율성이 개선될 수 있다.
제1 하부기판(610) 및 제2 하부기판(710) 상에는 프레임(800)이 더 배치될 수 있다. 프레임(800)은 절연물질을 포함할 수 있으며, 제1-1 상부기판(621), 제1-2 상부기판(622), 제2-1 상부기판(721), 및 제2-2 상부기판(722) 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라, 프레임(800)은 제1-1 상부기판(621), 제1-2 상부기판(622), 제2-1 상부기판(721), 및 제2-2 상부기판(722)를 이격시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 열전모듈(600)은 제1 홈(650)을 포함하고, 제2 열전모듈(700)은 제2 홈(750)을 포함한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 홈(650)은 제1 하부기판(610)에 형성되고, 제2 홈(750)은 제2 하부기판(710)에 형성된다. 제1 홈(650)은 제1-1 홈(651) 및 제1-2 홈(652)을 포함하고, 제1-1 홈(651)은 제1 하부기판(610)의 한 외곽인 제1 외곽(610S1)에 형성되고, 제1-2 홈(652)은 제1 하부기판(610)의 다른 외곽인 제2 외곽(610S2)에 형성될 수 있다. 제2 홈(750)은 제2-1 홈(751) 및 제2-2 홈(752)을 포함하고, 제2-1 홈(751)은 제2 하부기판(710)의 한 외곽인 제1 외곽(710S1)에 형성되고, 제2-2 홈(752)은 제2 하부기판(710)의 다른 외곽인 제2 외곽(710S2)에 형성될 수 있다. 이때, 제1-1 홈(651)의 중심과 제1-2 홈(652)의 중심을 잇는 가상의 선(V)은 제1-1 상부기판(621), 제1-2 상부기판(622) 사이의 영역과 수직으로 중첩되는 영역에 배치될 수 있다. 제2-1 홈(751)의 중심과 제2-2 홈(752)의 중심을 잇는 가상의 선은 제2-1 상부기판(721) 및 제2-2 상부기판(722) 사이의 영역과 수직으로 중첩되는 영역에 배치될 수 있다. 제1-1 홈(651) 및 제1-2 홈(652)은 제1-1 전극부(631) 및 제1-2 전극부(632)를 연결하는 연결전극(633)이 연장된 방향과 수직하는 방향을 따라 서로 중첩되도록 배치될 수 있다. 제2-1 홈(751) 및 제2-2 홈(752)은 제2-1 전극부(731) 및 제2-2 전극부(732)를 연결하는 연결전극(733)이 연장된 방향과 수직하는 방향을 따라 서로 중첩되도록 배치될 수 있다.
이때, 제1-2 홈(652) 및 제2-1 홈(751)은 서로 대응되는 위치에 배치되며, 제1-2 홈(652) 및 제2-1 홈(751)은 하나의 홀(h1)을 형성할 수 있다. 제1-2 홈(652) 및 제2-1 홈(751)에 의해 형성된 홀(h1)은 체결부재(미도시)가 통과하기 위한 홀이 될 수 있다.
그리고, 프레임(800)은 제1-2 홈(652) 및 제2-1 홈(751)에 의해 형성된 홀(h1)에 대응하는 홀(h2)을 포함할 수 있다. 체결부재(미도시)는 홀(h2) 및 홀(h1)을 관통할 수 있으며, 이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 제1 열전모듈(600) 및 제2 열전모듈(700)은 하나의 체결부재에 의하여 동시에 고정될 수 있다. 이에 따르면, 반도체 소자가 배치되는 유효 영역 내에 체결부재를 관통시킬 필요가 없으므로, 전극부 및 반도체 소자의 배치가 용이하며, 단위 면적 당 열전 성능을 개선할 수 있다. 복수 개의 제1-2 홈(652) 및 복수 개의 제2-1 홈(751)은 서로 대응되는 위치에 배치되며, 복수 개의 제1-2 홈(652) 및 복수 개의 제2-1 홈(751)은 복수 개의 홀(h1)을 형성할 수도 있다.
이때, 체결부재(미도시)의 헤드 부분은 프레임(800)의 홀(h2)의 가장자리 상부에 배치될 수 있다. 이를 위하여, 제1-1 상부기판(621)의 4 개의 모서리 중 홀(h2)에 인접한 모서리, 제1-2 상부기판(622)의 4개의 모서리 중 홀(h2)에 인접한 모서리, 제2-1 상부기판(721)의 4개의 모서리 중 홀(h2)에 인접한 모서리 및 제2-2 상부기판(722)의 4개의 모서리 중 홀(h2)에 인접한 모서리는 각각 제1 내지 제4 컷팅부(621C, 622C, 721C, 722C)를 포함할 수 있다. 여기서, 컷팅부는 모따기 형상을 의미할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 프레임(800)은 제1-1 상부기판(621), 제1-2 상부기판(622), 제2-1 상부기판(721), 및 제2-2 상부기판(722) 사이에 배치되기 위하여, 제1-1 상부기판(621), 제1-2 상부기판(622), 제2-1 상부기판(721), 및 제2-2 상부기판(722) 각각을 둘러싸는 제1 내지 제4 개구(810, 820, 830, 840)를 포함할 수 있다. 프레임(800)의 제1 내지 제4 개구(810, 820, 830, 840)는 각각 제1-1 상부기판(621), 제1-2 상부기판(622), 제2-1 상부기판(721), 및 제2-2 상부기판(722) 각각의 외곽에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 즉, 프레임(800)의 제1 내지 제4 개구(810, 820, 830, 840) 각각의 4개의 모서리 중 홀(h2)에 인접한 모서리는 제1-1 상부기판(621), 제1-2 상부기판(622), 제2-1 상부기판(721), 및 제2-2 상부기판(722)의 제1 내지 제4 컷팅부(621C, 622C, 721C, 722C)에 대응하는 형상을 가질 수 있다.
도시되지 않았으나, 도 3 내지 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 제1 하부기판(610)과 복수의 반도체 소자 사이에는 제1 절연층이 배치되고, 복수의 반도체 소자와 제1 상부기판(620) 사이에는 제2 절연층이 배치될 수 있다. 제1 절연층과 복수의 반도체 소자 사이에는 제3 절연층이 더 배치될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 제1 하부기판(610)과 복수의 반도체 소자 사이에는 제1-1 전극부(631) 및 제1-2 전극부(632)가 배치되고, 제2 하부기판(710)과 복수의 반도체 소자 사이에는 제2-1 전극부(731) 및 제2-2 전극부(632)가 배치될 수 있다.
그리고, 제1 하부기판(610) 상에는 제1 하부기판(610)의 제4 외곽(610S4)을 향하여 연장된 연장 전극(634)이 더 배치될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 제2 유체는 제4 외곽(610S4)으로부터 제3 외곽(610S3)을 향하는 방향으로 흐를 수 있다. 즉, 연장 전극(634)은 제2 유체가 유입되는 방향을 향하여 배치될 수 있다. 연장 전극(634)의 면적은 제1-1 전극부(631) 및 제1-2 전극부(632)를 이루는 각 전극의 면적보다 클 수 있다. 연장 전극(634)에는 커넥터가 배치되며, 커넥터에는 배선이 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 연장전극(634) 상에는 절연부재(900)가 더 배치된다. 제1 열전모듈(600) 및 제2 열전모듈(700) 상에 하나의 절연부재(900)가 배치된 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 실시예는 이로 제한되는 것은 아니며, 각 열전모듈에 각 절연부재가 배치될 수도 있다. 절연부재(900)는 제1 및 제2 열전모듈(600, 700)과 유체유동부(1100) 간 접합력을 균일하게 유지하고, 커넥터에 연결되는 배선을 보호할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 절연부재(900)는 개구(910)가 형성된 절연 프레임(920)을 포함하며, 개구(910)는 연장전극(634)에 대응하는 위치에 배치될 수 있고, 개구(910)는 수지로 채워질 수 있다. 이에 따라, 연장전극(634) 상에 수지가 배치되어 절연될 수 있으며, 제1 및 제2 열전모듈(600, 700)의 내전압 성능을 높일 수 있다. 여기서, 수지는 에폭시 수지 또는 실리콘 수지를 포함할 수 있다. 절연 프레임(920)이 플라스틱 소재를 포함할 경우, 절연 프레임(920)은 다양한 크기 및 형상으로 용이하게 성형될 수 있다. 예를 들어, 절연 프레임(920)은 PPS(polyphenylene sulfide) 등과 같이 고온에서 적용 가능한 플라스틱 소재일 수 있다. 이에 따르면, 고온인 제2 유체에 의하여 절연 프레임(920)의 형상이 변형되는 문제를 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 절연 프레임(920)의 개구(910) 사이에 관통홀(930)이 형성될 수 있고, 관통홀(930)에는 체결부재가 체결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 절연부재(900)는 제1 열전모듈(600) 및 제2 열전모듈(700)에 대하여 각각 배치될 수도 있고, 제1 열전모듈(600) 및 제2 열전모듈(700)에 하나의 절연부재(900)가 배치될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 하부기판(610)의 제4 외곽(610S4) 및 제2 하부기판(710)의 제4 외곽(710S4)에는 각각 제1-3 홈(653) 및 제2-3홈(753)이 더 배치될 수 있고, 절연부재(900)에는 제1-3 홈(653) 및 제2-3홈(753)에 대응하는 홈(940)이 더 배치될 수 있다. 제1 하부기판(610)의 제4 외곽(610S4) 및 제2 하부기판(710)의 제4 외곽(710S4)에 각각 배치된 제1-3 홈(653) 및 제2-3홈(753)과 절연부재(900)에 배치된 홈(940)은 위치 맞춤 수단이 될 수 있으며, 이들 홈은 유체유동부(1100)의 돌출부(1112)와 맞물려 위치 정렬될 수 있다.
도 15를 참조하면, 500MΩ 이상의 절연 저항을 얻기 위하여, 12mm 이상의 절연 거리가 보장되어야 한다. 본 명세서에서, 절연 거리는 반도체 소자가 배치된 유효 영역으로부터 기판의 외곽까지의 최단 절연 거리를 의미할 수 있다. 본 발명의 실시예와 같이 연장전극(634) 상에 절연 프레임(920)이 배치될 경우, 절연 프레임(920)의 높이에 의하여 절연 거리가 늘어날 수 있으며, 이에 따라 보다 높은 절연 저항을 얻을 수 있다. 예를 들어, 최단 절연 거리는 (2*절연 프레임의 높이+절연 프레임의 길이)에 의하여 정의될 수 있다. 여기서, 절연 프레임의 높이는 하부기판을 기준으로 제1 방향에 따른 높이로 정의되고, 절연 프레임의 길이는 제3 방향에 따른 길이로 정의될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 연장전극(634)으로부터 제1 하부기판(610)의 제4 외곽(610S4)까지의 거리에 대한 제1 하부기판(610)의 제4 외곽(610S4)으로부터 복수의 반도체 소자 중 가장 가까운 반도체 소자까지의 거리의 비는 1.5배 이상 3.5배 이하일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 연장전극(634)으로부터 제1 하부기판(610)의 제4 외곽(610S4)까지의 거리에 대한 절연 프레임(920)의 높이의 비는 0.25배 이상 0.7배 이하일 수 있다. 예를 들어, 제1 하부기판(610)의 제4 외곽(610S4)으로부터 복수의 반도체 소자 중 가장 가까운 반도체 소자까지의 거리가 9mm 내지 21mm이고, 연장전극(634)으로부터 제1 하부기판(610)의 제4 외곽(610S4)까지의 거리는 3mm 내지 14mm이며, 절연 프레임(920)의 높이는 1.5mm 내지 4mm일 수 있다. 즉, 연장전극(634)으로부터 제1 하부기판(610)의 제4 외곽(610S4)까지의 거리는 3mm인 경우에도, 절연 프레임(920)으로 인하여 12mm의 절연 거리가 보장될 수 있다. 이에 따르면, 높은 절연 저항을 만족시킬 뿐만 아니라, 열전 성능을 얻기 위하여 반도체 소자가 배치되는 유효 영역의 면적을 최대화할 수 있으며, 절연 프레임(920)이 히트싱크를 통과하는 제2 유체의 유로를 방해하지 않을 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 프레임(800)은 제1 내지 제4 상부 기판을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 프레임(800)은 절연 물질을 포함하므로, 프레임(800)으로 인해 열전모듈의 절연거리가 더욱 커질 수도 있다.
여기서, 열전모듈(1200)이 제1 열전모듈(600) 및 제2 열전모듈(700)을 포함하며, 제1 및 제2 열전모듈(600, 700)은 각각 제1 및 제2 하부 기판(610, 710)을 포함하는 것으로 설명되고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 및 제2 하부 기판(610, 710)은 하나의 하부기판으로 구현되고, 하나의 하부 기판 상에 제1 내지 제4 상부기판(621, 622, 721, 722)이 배치되며, 제1 내지 제4 상부기판(621, 622, 721, 722) 사이의 이격 영역에 대응하도록 프레임(800) 및 하부기판에 홀이 형성될 수도 있다.
한편, 도 1 내지 도 2를 참조하면, 열전모듈(1200) 내로 수분 또는 오염물질이 침투하는 것을 방지하기 위하여, 실드부재(1500)가 더 배치될 수 있다. 전술한 바와 같이, 유체유동부(1100)는 제1면(1110) 및 제1면(1110)과 제1 방향으로 이격된 제2 면(1120)을 포함하고, 유체유동부(1100)의 제1면(1110) 및 제2면(1120)에는 각각 열전모듈(1200)이 배치된다. 제1 유체는 제1 방향에 수직하는 제2 방향을 따라 유체유동부(1100)의 제1면(1110) 및 제2면(1120) 사이를 관통하도록 흐르고, 제1 유체보다 고온인 제2 유체는 제1 방향 및 제2 방향에 수직하는 제3 방향을 따라 열전모듈(1200)의 히트싱크(1220)를 따라 흐른다. 여기서, 제3 방향은 유체유동부(1100)의 제4면(1140)으로부터 제3면(1130)을 향하는 방향일 수 있다.
도 16 내지 도 23은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치에 실드부재를 조립하는 과정을 나타내는 도면이고, 도 24는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치에 실드부재가 조립된 상태에서의 단면도이며, 도 25는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전장치에서 제3 실드부재를 제거한 상태의 사시도이다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 유체유동부(1100)의 제1 면(1110) 및 제2 면(1120)에 각각 열전모듈(1200)이 조립된 상태에서, 유체유동부(1100)의 제3면(1130)에 제1 실드부재(1510)를 배치한다.
제1 실드부재(1510)는 유체유동부(1100)의 제3면(1130)에 배치되되, 유체유동부(1100)의 제1면(1110) 및 제2면(1120)의 일부까지 덮도록 연장될 수 있다. 예를 들어, 제1 실드부재(1510)의 단면은 “ㄷ” 형상일 수 있다. 이에 따르면, 제1 실드부재(1510)는 유체유동부(1100)의 제3면(1130)뿐만 아니라, 제1면(1110)과 제3면(1130) 간 경계 및 제2면(1120)과 제3면(1130) 간 경계도 보호할 수 있다.
이때, 유체유동부(1100)과 제1 실드부재(1510) 사이에는 제1 단열부재(1610)가 더 배치될 수 있다. 이에 따르면, 제1 실드부재(1510)의 표면에 고온의 제2 유체가 흐르더라도, 유체유동부(1100) 내 제1 유체에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 제1 실드부재(1510)에는 체결홀(1512)이 형성되며, 이를 통하여 유체유동부(1100)의 제3면(1130)과 체결될 수 있다. 이에, 제1 단열부재(1610)는 체결홀(1512) 사이에 배치될 수 있다.
다음으로, 도 18 및 도 19를 참조하면, 유체유동부(1100)의 제1 면(1110) 및 제2 면(1120)에 각각 열전모듈(1200)이 조립되고, 유체유동부(1100)의 제3면(1130)에 제1 실드부재(1510)가 조립된 상태에서, 유체유동부(1100)의 제1면(1110) 및 열전모듈(1200)에 제2 실드부재(1520)를 배치한다. 이때, 제2 실드부재(1520)는 유체유동부(1100)의 제3면(1130)에 배치된 제1 실드부재(1510)의 일부를 덮도록 유체유동부(1100)의 제3면(1130)까지 연장될 수 있다. 이와 함께, 유체유동부(1100)의 제2면(1120) 및 열전모듈(1200)에도 제2 실드부재(1520)와 대칭하는 제4 실드부재(1540)를 배치할 수 있고, 제4 실드부재(1540)는 유체유동부(1100)의 제3면(1130)에 배치된 제1 실드부재(1510)의 일부를 덮도록 유체유동부(1100)의 제3면(1130)까지 연장될 수 있다. 이에 따르면, 제1 실드부재(1510)와 제2 실드부재(1520) 간 갭 및 제1 실드부재(1510)와 제4 실드부재(1540) 간 갭이 제2 유체가 흐르는 방향에 직접 배치되지 않으므로, 제2 유체가 제1 실드부재(1510)와 제2 실드부재(1520) 간 갭 및 제1 실드부재(1510)와 제4 실드부재(1540) 간 갭 사이로 흐르는 문제를 방지할 수 있다.
한편, 제2 실드부재(1520) 및 제4 실드부재(1540)는 각각 서로 대응하도록 배치되는 홈(1522, 1542)을 포함하며, 홈(1522, 1542)은 제3면(1130)에 배치되고, 제1 실드부재(1510)의 체결홀(1512)과 대응하도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 체결부재(미도시)는 제2 실드부재(1520) 및 제4 실드부재(1540)의 홈(1522, 1542)에 의해 형성된 홀 및 제1 실드부재(1510)의 체결홀(1512)을 관통하여 유체유동부(1100)의 제3면(1130)에 고정될 수 있다.
전술한 바와 같이, 열전모듈(1200)은 유체유동부(1100) 상에 배치된 열전소자 및 열전소자 상에 배치된 히트싱크를 포함하며, 열전모듈(1200)은 제1 열전모듈(600) 및 제1 열전모듈(600)과 인접하여 배치된 제2 열전모듈(700)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제2 실드부재(1520)는 히트싱크가 노출되는 관통홀(1524)을 포함하며, 관통홀(1524)의 가장자리는 제1 열전모듈(600) 및 제2 열전모듈(700)의 상부기판 상에 배치될 수 있다. 이에 따르면, 고온의 제2 유체는 히트싱크를 통하여 제3 방향을 따라 흐를 수 있다.
다음으로, 도 20 및 도 21을 참조하면, 유체유동부(1100)의 제1 면(1110) 및 제2 면(1120)에 각각 열전모듈(1200)이 조립되고, 유체유동부(1100)의 제3면(1130)에 제1 실드부재(1510)가 조립되며, 유체유동부(1100)의 제1면(1110) 및 제2면(1120)에 제2 실드부재(1520) 및 제4 실드부재(1540)가 조립된 상태에서, 유체유동부(1100)의 제4면(1140) 제3 실드부재(1530)를 배치한다.
제3 실드부재(1530)는 유체유동부(1100)의 제4면(1140)에 배치되되, 유체유동부(1100)의 제1면(1110) 및 제2면(1120)의 일부까지 연장될 수 있다. 예를 들어, 제3 실드부재(1530)의 단면은 “ㄷ” 형상일 수 있다. 이에 따르면, 제3 실드부재(1530)는 유체유동부(1100)의 제4면(1140)뿐만 아니라, 제1면(1110)과 제4면(1140) 간 경계 및 제2면(1120)과 제4면(1140) 간 경계도 보호할 수 있다. 또한, 유체유동부(1100)의 제1면(1110) 및 제2면(1120) 상에서 제2 유체가 제4면(1140)으로부터 제3면(1130)을 향하여 흐르는 구조에서, 제2 및 제4 실드부재(1520, 1540) 상에 제3 실드부재(1530)가 배치되는 경우, 제2 유체가 흐르는 방향을 따라 제2 및 제4 실드부재(1520, 1540)와 제3 실드부재(1530) 간 갭이 직접 노출되는 것은 아니므로, 제2 유체가 제2 및 제4 실드부재(1520, 1540)와 제3 실드부재(1530) 사이에 스며드는 문제를 최소화할 수 있다.
이때, 유체유동부(1100)와 제3 실드부재(1530) 사이에는 제2 단열부재(1620)가 더 배치될 수 있다. 이에 따르면, 제3 실드부재(1530)의 표면에 고온의 제2 유체가 흐르더라도, 유체유동부(1100) 내 제1 유체에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 고온의 제2 유체가 유체유동부(1100) 내 제1 유체에 미치는 영향을 최소화하기 위하여, 유체유동부(1100)와 제3 실드부재(1530) 사이에 배치되는 제2 단열부재(1620)도 유체유동부(1100)의 제1면(1110) 및 제2면(1120)의 일부까지 연장될 수 있다. 도시되지 않았으나, 제3 실드부재(1530)에는 체결홀이 형성되며, 이를 통하여 유체유동부(1100)의 제4면(1140)과 체결될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제3 실드부재(1530)와 제2 실드부재(1520) 간 경계 및 제3 실드부재(1530)와 제4 실드부재(1540) 간 경계에는 실링부재(1532)가 도포될 수 있다. 이에 따르면, 고온의 제2 유체가 제3 실드부재(1530)와 제2 실드부재(1520) 간 경계 및 제3 실드부재(1530)와 제4 실드부재(1540) 간 경계로 침투하는 문제가 방지될 수 있다.
한편, 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명한 바와 같이, 유체유동부(1100)는 유로 영역(500), 유체 유입 영역(510) 및 유체 배출 영역(520)을 포함한다. 그리고, 열전모듈(1200)과 제1 내지 제4 실드부재(1510, 1520, 1530, 1540)는 모두 유로 영역(500) 상에 배치된다.
도 22 내지 도 23을 참조하면, 유체유동부(1100) 상에 열전모듈(1200)과 제1 내지 제4 실드부재(1510, 1520, 1530, 1540)가 모두 배치된 상태에서, 유체 유입 영역(510) 상에 제5 실드부재(1550)를 더 배치하고, 유체 배출 영역(520) 상에 제6 실드부재(1560)를 더 배치한다. 이때, 제5 실드부재(1550) 및 제6 실드부재(1560)는 각각 유체유동부(1100)의 제3면(1130) 및 제4면(1140)의 일부를 커버하도록 연장될 수 있다. 그리고, 유체 유입 영역(510)과 제5 실드부재(1550) 사이 및 유체 배출 영역(520)과 제6 실드부재(1560) 사이에는 각각 제3 단열부재(1630) 및 제4 단열부재(1640)가 더 배치될 수 있다.
한편, 도 9 내지 도 13을 참조하여 설명한 바와 같이, 열전모듈의 연장 전극은 제2 유체가 유입되는 방향을 향하여 연장되며, 연장 전극에는 커넥터가 배치되며, 커넥터에는 배선이 연결될 수 있다.
즉, 제2 유체가 유체유동부(1100)의 제4면(1140)으로부터 제3면(1130)을 향하여 흐르는 경우, 연장 전극, 커넥터 및 배선은 유체유동부(1100)의 제4면(1140) 측에 배치될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따르면, 제5 실드부재(1550)는 제4면(1140) 상에 배치된 홈(1552)을 포함할 수 있고, 홈(1552)을 통하여 배선이 외부로 인출될 수 있다.
도 24를 참조하면, 제2 유체는 제3 방향을 따라 흐른다. 즉, 제3 실드부재(1530)가 제2 실드부재(1520) 상에 배치되고, 제2 실드부재(1520)가 제1 실드부재(1510) 상에 배치된 구조에서, 제2 유체가 제3 실드부재(1530), 제2 실드부재(1520) 및 제1 실드부재(1510)를 따라 순차적으로 흐른다. 이에 따르면, 제2 유체는 제3 실드부재(1530)와 제2 실드부재(1520) 사이 및 제2 실드부재(1520)와 제1 실드부재1510) 사이에 스며들지 않고 제3 방향을 따라 통과할 수 있다.
도 25를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 구조에 의하면, 열전장치(1000)로부터 제3 실드부재(1530)만을 제거할 수 있으며, 이에 따라 연장 전극, 커넥터 및 배선 등이 노출될 수 있다. 연장 전극, 커넥터 및 배선에 고장이 발생한 경우, 전체 열전장치(1000)를 분해하거나 교체할 필요 없이, 제3 실드부재(1530)의 제거만으로 수리가 가능하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 열전장치는 열전 시스템을 이룰 수도 있다.
도 26은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 시스템이고, 도 27 내지 도 29는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 시스템에 배선보호부를 조립하는 과정을 나타내는 도면이고, 도 30은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 시스템에 포함되는 상부 구조물의 사시도이다.
도 26 내지 도 29를 참조하면, 열전 시스템(2500)은 제1 열전장치(1000-1), 제1 열전장치(1000-1)와 제1 방향을 따라 이격되어 배치된 제2 열전장치(1000-2), 제2 열전장치(1000-2)와 제1 방향을 따라 이격되어 배치된 제3 열전장치(1000-3), 제1 열전장치(1000-1), 제2 열전장치(1000-2) 및 제3 열전장치(1000-3)와 전기적으로 연결된 배선부(W), 그리고 배선부(W)의 적어도 일부를 둘러싸도록 제1 열전장치(1000-1), 제2 열전장치(1000-2) 및 제3 열전장치(1000-3)의 일측 상부에 배치된 배선보호부(1700)를 포함한다.
제1 유체는 제1 방향에 수직하는 제2 방향을 따라 제1 열전장치(1000-1), 제2 열전장치(1000-2) 및 제3 열전장치(1000-3) 각각을 관통하도록 흐르고, 제1 유체보다 고온인 제2 유체는 제1 방향 및 제2 방향에 수직하는 제3 방향을 따라 제1 열전장치(1000-1), 제2 열전장치(1000-2) 및 제3 열전장치(1000-3) 사이를 흐를 수 있다.
제1 열전장치(1000-1), 제2 열전장치(1000-2) 및 제3 열전장치(1000-3)는 각각 도 1 내지 도 25를 참조하여 설명한 열전장치일 수 있다.
전술한 바와 같이, 각 열전장치에 포함된 열전모듈에 연결된 배선(W)은 유체유동부(1100)의 유체 유입 영역(510)의 상단, 즉 유체유동부(1100)의 유체 유입 영역(510)의 제4면(1140)으로 인출된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배선보호부(1700)는 제1 방향을 따라 이격되어 배치된 복수의 열전장치, 예를 들어 제1 열전장치(1000-1), 제2 열전장치(1000-2) 및 제3 열전장치(1000-3)의 일측 상부에 배치된다. 여기서, 일측은 유체유동부(1100)의 유체 유입 영역(510)을 의미하며, 상부는 제2 유체가 유입되는 방향에 배치된 면, 즉 유체유동부(1100)의 제4면(1140)으로부터 제3면(1130)을 향하는 제3 방향으로 제2 유체가 흐르는 경우, 유체유동부(1100)의 제4면(1140)을 의미한다.
배선보호부(1700)는 복수의 열전장치로부터 인출된 배선을 모아 외부로 가이드하는 역할을 한다. 배선보호부(1700)가 유체유동부(1100)의 일측 상부, 즉 유체 유입 영역(510)에 배치된 경우, 유로 영역(520)에 배치된 열전모듈(1200)을 통과하는 제2 유체의 흐름을 방해하지 않으므로, 열전성능을 높일 수 있다. 또한, 유체 배출 영역(520)보다 유체 유입 영역(510)의 온도가 낮으므로, 배선보호부(1700)를 통과하는 배선의 온도를 보다 낮은 상태로 유지할 수 있다.
도 26 내지 도 27을 참조하면, 배선보호부(1700)는 복수의 열전장치(1000-1, …, 1000-3) 상에 배치된 바닥부(1710), 바닥부(1710)의 제1 말단(1711)으로부터 바닥부(1710)의 상부 방향을 향하여 연장된 제1 측벽(1720), 바닥부(1710)의 제1 말단(1711)과 제1 방향을 따라 이격된 제2 말단(1712)으로부터 바닥부(1710)의 상부 방향을 향하여 연장된 제2 측벽(1730), 제1 측벽(1720) 및 제2 측벽(1730) 사이에 배치되고 바닥부(1710)의 제1 말단(1711)과 제2 말단(1712) 사이의 제3 말단(1713)으로부터 바닥부(1710)의 상부 방향을 향하여 연장된 제3 측벽(1740), 제1 측벽(1720) 및 제2 측벽(1730) 사이에 배치되고 바닥부(1710)의 제3 말단(1713)과 제2 방향을 따라 이격된 제4 말단(1714)으로부터 바닥부(1710)의 상부 방향을 향하여 연장된 제4 측벽(1742), 바닥부(1710)와 이격되고 제3 측벽(1740)으로부터 제2 방향을 향하여 연장된 제1 탑부(1780), 바닥부(1710)와 이격되고 제4 측벽(1742)으로부터 제2 방향과 반대방향으로 연장된 제2 탑부(1790), 그리고 제2 탑부(1790)로부터 상부 바닥부(1710)의 상부 방향을 향하여 연장되고 제1 탑부(1780)와 연결된 제5 측벽(1770, 1772)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 제1 말단(1711) 및 제2 말단(1712)은 각각 제2 방향을 따라 연장되고, 제1 말단(1711) 및 제2 말단(1712)은 제1 방향을 따라 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 제3 말단(1713) 및 제4 말단(1714)은 각각 제1 방향을 따라 연장되고, 제3 말단(1713) 및 제4 말단(1714)은 제2 방향을 따라 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 이때, 바닥부(1710)를 기준으로 제1 탑부(1780)의 높이는 제2 탑부(1790)의 높이보다 높을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제3 측벽(1740)과 제5 측벽(1771, 1772) 간의 거리는 바닥부(1710)의 상부 방향을 따라 점점 감소한다. 예를 들어, 제3 측벽(1740)이 바닥부(1710)에 대하여 거의 수직으로 배치된 경우, 제5 측벽(1770, 1772)은 바닥부(1710)로부터 상부 방향으로 멀어질수록 제3 측벽(1740)과 가까워지도록 기울어질 수 있다. 예를 들어, 제3 측벽(1740)과 제5 측벽(1771, 1772) 간의 제2 방향으로의 각도는 10 내지 70도, 바람직하게는 15 내지 60도, 더욱 바람직하게는 20 내지 50도, 더욱 바람직하게는 25 내지 40도를 이루도록 배치될 수 있다. 이에 따르면, 후술하는 바와 같이, 제2 유체가 유로 저항 또는 손실 없이 제1 내지 제3 열전장치(1000-1, 1000-2, 1000-3) 사이로 유입될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 제3 측벽(1740)과 제4 측벽(1742)은 서로 평행하게 배치되고, 이에 따라 제3 측벽(1740)과 제4 측벽(1742) 간의 거리는 바닥부(1710)의 상부 방향을 따라 동일할 수 있다.
또는, 도시되지 않았으나, 본 발명의 다른 실시예에서, 제3 측벽(1740)과 제4 측벽(1742) 간의 거리는 바닥부(1710)의 상부 방향을 따라 점점 감소할 수도 있다. 이때, 제4 측벽(1742)은 제5 측벽(1770, 1772)과 평행하게 배치될 수 있다. 즉, 제3 측벽(1740)과 제5 측벽(1771, 1772) 간의 제2 방향으로의 각도는 제3 측벽(1740)과 제4 측벽(1742) 간의 제2 방향으로의 각도와 동일할 수 있다. 또는, 즉, 제3 측벽(1740)과 제5 측벽(1771, 1772) 간의 제2 방향으로의 각도는 제3 측벽(1740)과 제4 측벽(1742) 간의 제2 방향으로의 각도보다 작을 수도 있다. 이에 따르면, 제2 유체가 유로 저항 또는 손실 없이 제1 내지 제3 열전장치(1000-1, 1000-2, 1000-3) 사이로 유입될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배선보호부(1700)는 바닥부(1710)에서 제1 방향을 따라 이격되어 형성된 제1 홀(1750), 제2 홀(1752), 제3 홀(1754), 그리고 제3 측벽(1740)에 배치된 제4 홀(1756)을 포함한다. 이때, 제3 측벽(1740)은 제2 방향을 따라 이격된 바닥부(1710)의 양 측 중 상대적으로 유로 영역(520)에 먼 측, 즉 제1 유체의 유체 유입구 측, 즉 제3 말단(1713) 측에 배치될 수 있다.
제1 열전장치(1000-1)에 연결된 제1 배선(W1)은 제1 홀(1750)을 관통하고, 제3 측벽(1740)을 따라 상부로 연장되며, 제4 홀(1756)을 통하여 외부로 인출된다. 제2 열전장치(1000-2)에 연결된 제2 배선(W2)은 제2 홀(1752)을 관통하고, 제3 측벽(1740)을 따라 상부로 연장되며, 제4 홀(1756)을 통하여 외부로 인출된다. 제3 열전장치(1000-3)에 연결된 제3 배선(W3)은 제3 홀(1754)을 관통하고, 제3 측벽(1740)을 따라 상부로 연장되며, 제4 홀(1756)을 통하여 외부로 인출된다.
이와 같이, 배선보호부(1700)가 복수의 열전장치에 연결된 배선을 모아 외부로 인출할 경우, 배선의 연결 및 작업이 용이하며, 배선을 고온의 제2 유체로부터 보호하기 쉽다.
이때, 제1 홀(1750), 제2 홀(1752) 및 제3 홀(1754)은 배선보호부(1700)의 바닥부(1710) 및 제3 측벽(1740) 간 경계에 형성될 수 있다. 이에 따르면, 제1 홀(1750), 제2 홀(1752) 및 제3 홀(1754)을 통과한 제1 내지 제3 배선(W1, W2, W3)은 제3 측벽(1740)과 접촉한 상태에서 제3 측벽(1740)을 따라 상부로 연장된 후 제4 홀(1756)을 통하여 외부로 인출될 수 있다. 제3 측벽(1740)은 유체유입구 측에 배치되므로, 제1 내지 제3 배선(W1, W2, W3)이 제3 측벽(1740)과 접촉하면, 제1 내지 제3 배선(W1, W2, W3)의 온도를 보다 낮은 상태로 유지할 수 있다.
도 27 내지 도 28을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르면, 배선보호부(1700)는 단열부재(1760)를 더 포함할 수 있다. 단열부재(1760)는 제1 측벽(1720) 및 제2 측벽(1730) 사이에서 바닥부(1710) 상에 배치될 수 있다. 이때, 단열부재(1760)는 제3 측벽(1740)을 따라 연장되는 제1 배선 내지 제3 배선(W1, W2, W3)에 접촉하도록 배치될 수 있다. 이에 따르면, 고온의 제2 유체가 배선보호부(1700)의 표면을 통과하더라도, 단열부재(1760)에 의하여 제1 배선 내지 제3 배선(W1, W2, W3)에 열이 가해지는 문제를 방지할 수 있다. 이때, 단열부재(1760)는 바닥부(1710)와 제1 탑부(1780) 사이에 배치된 제1 단열부재 및 바닥부(1710)와 제2 탑부(1790) 사이에 배치된 제2 단열부재를 포함할 수 있다.
이때, 제1 측벽(1720) 및 제2 측벽(1730)과 단열부재(1760) 사이는 실링부재(770)에 의하여 실링될 수 있다. 이에 따라, 제1 측벽(1720) 및 제2 측벽(1730)과 단열부재(1760) 간 틈을 통하여 제2 유체의 열이 제1 배선 내지 제3 배선(W1, W2, W3)에 가해지는 문제를 방지할 수 있다.
도 29를 참조하면, 배선보호부(1700)는 제1 측벽(1720)과 제2 측벽(1730) 사이에 배치되고, 제1 탑부(1780), 제2 탑부(1790) 및 제5 측벽(1770, 1772)의 적어도 일부를 덮는 실드 커버부(780)를 더 포함한다. 이를 위하여, 제1 탑부(1780) 및 제2 탑부(1790) 각각에는 적어도 하나의 체결홀(1782, 1784, 1792, 1794)이 형성되고, 적어도 하나의 체결홀(1782, 1784, 1792, 1794)을 통하여 체결부재를 이용해 실드 커버부(780)와 체결될 수 있다.
다시 도 26을 참조하면, 열전 시스템(2500)은 배선보호부(1700)와 제2 방향을 따라 이격되어 제1 열전장치(1000-1), 제2 열전장치(1000-2) 및 제3 열전장치(1000-3)의 타측 상부에 배치된 상부 구조물(1800)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 제1 열전장치(1000-1), 제2 열전장치(1000-2) 및 제3 열전장치(1000-3)의 타측은 제1 유체의 유체 배출구 측을 의미할 수 있다.
도 30을 참조하면, 상부 구조물(1800)의 외관 형상은 배선보호부(1700)의 외관 형상과 동일할 수 있으며, 배선보호부(1700)와 대칭으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 상부 구조물(1800)은 단열 재료를 포함할 수 있으며, 배선보호부(1700)와 대칭되는 외관 형상으로 성형될 수 있다. 또는, 상부 구조물(1800)은 배선보호부(1700)와 동일한 소재 및 구조를 가질 수도 있다. 예를 들어, 상부 구조물(1800)도 배선보호부(1700)와 서로 대칭하는 형상으로 바닥부, 제1 측벽(1820), 제2 측벽(1830), 제3 측벽, 제4 측벽(1844), 제1 탑부(1880), 제2 탑부(1890) 및 제5 측벽(1870)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상부 구조물(1800)은 배선보호부(1700)에 단열부재(1760)가 채워진 형상과 동일한 형상을 가질 수 있다. 도시되지 않았으나, 상부 구조물(1800)의 제1 탑부(1880), 제2 탑부(1890) 및 제5 측벽(1870)의 적어도 일부에는 실드 커버부가 배치되며, 실드 커버부는 제1 탑부(1880) 및 제2 탑부(1890)에 형성된 체결홀(1882, 1884, 1892, 1894)을 통하여 상부 구조물(1800)에 체결될 수 있다. 이에 따르면, 열전 시스템(2500)의 양측 무게가 균형을 이룰 수 있다. 상부 구조물(1800)은 제1 열전장치(1000-1), 제2 열전장치(1000-2) 및 제3 열전장치(1000-3)의 유체유동부(1100)의 유체 배출 영역(520) 상에 배치될 수 있다. 이에 따라, 배선보호부(1700)와 상부 구조물(1800)은 제2 유체의 흐름을 가이드하는 역할을 할 수도 있다.
이를 위하여, 배선보호부(1700)의 실드 커버부(780)는 제1 경사면(782)을 포함하고, 상부 구조물(1800)은 제1 경사면(782)에 대응하는 제2 경사면을 포함할 수 있다. 제1 경사면(782)은 배선보호부(1700)의 제5 측벽(1770, 1772)을 따라 배치될 수 있다. 제2 경사면은 상부 구조물(1800)의 제5 측벽(1870)이거나, 상부 구조물(1800)의 실드 커버부 중 제5 측벽(1870)을 따라 배치된 면을 의미할 수 있다.
도 26에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 경사면(782) 및 제2 경사면 간 거리(D)는 제2 유체가 흐르는 방향을 따라 점점 좁아질 수 있다. 이에 따르면, 열전 시스템(2500)으로 유입된 제2 유체는 열전모듈(1200)이 배치된 가운데 영역으로 모인 후 제3 방향을 따라 통과할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 열전 시스템은 다단으로 배치될 수도 있다.
도 31은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 시스템의 사시도이고, 도 32 내지 도 33은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 시스템에 배선보호부를 조립하는 과정을 나타내는 도면이고, 도 34는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전 시스템에 포함되는 상부 구조물의 사시도이다.
도 31 내지 도 33을 참조하면, 열전 시스템(3000)은 제1 열전 시스템(3100) 및 제2 유체가 흐르는 제3 방향을 따라 제1 열전 시스템(3100) 아래에 배치된 제2 열전 시스템(3200)을 포함하며, 각 열전 시스템은 제1 방향으로 이격되도록 배치된 복수의 열전장치를 포함한다.
제1 열전 시스템(3100) 및 제2 열전 시스템(3200)에 각각 포함된 복수의 열전장치 각각에 대하여 도 1 내지 도 25를 참조하여 설명한 내용이 적용될 수 있다.
제1 열전 시스템(3100) 및 제2 열전 시스템(3200) 각각에 대하여 도 26 내지 도 30을 통하여 설명된 내용과 동일한 내용에 대해서는 중복된 설명을 생략한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 열전 시스템(3100)에 포함된 배선보호부 및 상부 구조물의 외관 형상은 제2 열전 시스템(3200)에 포함된 배선보호부의 상부 구조물의 외관 형상과 상이할 수 있다.
제2 유체의 유입구에 가장 가까운 열전 시스템, 예를 들어 도 31의 제1 열전 시스템(3100)에서 배선보호부(1700) 및 상부 구조물(1800)의 마주보는 면들 간 간격(D1)은 제2 유체가 흐르는 방향을 따라 점점 좁아질 수 있다. 이에 따르면, 열전 시스템(3000)으로 유입된 제2 유체는 열전모듈(1200)이 배치된 가운데 영역으로 모인 후 제3 방향을 따라 통과할 수 있다.
이와 달리, 제2 유체의 유입구에 가장 가까운 열전 시스템의 하단에 배치된 열전 시스템, 예를 들어 도 31의 제2 열전 시스템(3200)에서 배선보호부(2700) 및 상부 구조물(2800)의 형상은 제2 유체의 유입구에 가장 가까운 열전 시스템, 예를 들어 도 31의 제1 열전 시스템(3100)에서 배선보호부(1700) 및 상부 구조물(1800)의 형상과 상이하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제2 열전 시스템(3200)의 배선보호부(2700)의 바닥부의 폭은 탑부의 폭의 0.98 내지 1.02배이다. 이와 마찬가지로, 제2 열전 시스템(3200)의 상부 구조물(2800)의 바닥부의 폭은 탑부의 폭의 0.98 내지 1.02배이다. 여기서, 바닥부와 탑부는 제3 방향을 따라 반대로 배치될 수 있다. 예를 들어, 바닥부는 제2 열전 시스템(3200)에 포함된 복수의 열전장치를 향하도록 배치된 바닥면 또는 바닥면을 포함하는 영역일 수 있고, 탑부는 바닥면의 반대면인 탑면 또는 탑면을 포함하는 영역일 수 있다. 탑면은 제1 열전 시스템(3100)을 향하도록 배치된 면일 수 있다.
이에 따르면, 제2 유체의 유입구에 가장 가까운 열전 시스템의 하단에 배치된 열전 시스템, 예를 들어 도 31의 제2 열전 시스템(3200)에서 배선보호부(2700) 및 상부 구조물(2800)의 마주보는 면들은 서로 평행할 수 있다. 본 명세서에서, ±4% 이내의 오차 범위 이내이면, 평행한 것으로 해석될 수 있다. 즉, 도 31의 제2 열전 시스템(3200)에서 배선보호부(2700) 및 상부 구조물(2800)의 마주보는 면들 간 간격(D2)은 제2 유체가 흐르는 방향을 따라 동일하거나 ±4% 이내의 편차를 가질 수 있다. 예를 들어, 배선보호부(2700)의 바닥부와 상부 구조물(2800)의 바닥부 간 최단거리와 배선보호부(2700)의 탑부와 상부 구조물(2800)의 탑부 간 최단거리의 편차는 ±4% 이내 일 수 있다. 즉, 배선보호부(2700)의 바닥부와 상부 구조물(2800)의 바닥부 간 최단거리는 배선보호부(2700)의 탑부와 상부 구조물(2800)의 탑부 간 최단거리의 0.96 내지 1.04배일 수 있다. 이에 따르면, 열전모듈(1200)이 배치된 가운데 영역 밖에서 제2 유체가 흘러 와류가 발생하는 문제를 방지할 수 있다. 즉, 배선보호부(2700) 및 상부 구조물(2800)의 마주보는 면들은 제2 유체가 흐르는 경로 내에서 제2 유체의 와류를 제어하는 역할을 할 수 있다.
이를 위하여, 제2 열전 시스템(3200)의 배선보호부(2700)의 제1 및 제2 측벽(2720, 2730) 형상, 단열부재(2760) 형상 및 실드 커버부(2780) 형상은 제1 열전 시스템(3100)의 배선보호부(1700)의 제1 및 제2 측벽(1720, 1730) 형상, 단열부재(1760) 형상 및 커버부재(1780) 형상과 상이할 수 있다. 도 26 내지 도 30을 통하여 설명한 바와 같이, 실드 커버부(2780)는 제1 경사면을 포함하며, 이에 따라 제5 측벽(1770, 1772)도 실드 커버부(2780)가 배치될 수 있도록 경사면을 포함한다. 이와 달리, 제2 열전 시스템(3200)의 배선보호부(2700)의 외관 형상은 직육면체 형상일 수 있고, 이에 따라 제2 열전 시스템(3200)의 상부 구조물(2800)의 외관 형상도 배선보호부(2700)와 동일한 외관 형상인 직육면체 형상을 가질 수 있다.
즉, 제2 열전 시스템(3200)의 배선보호부(2700)는 열전장치 상에 배치되며 제5 말단(2711), 제6 말단(2712), 제7 말단 및 제8 말단(2714)에 둘러싸이는 바닥부, 바닥부의 제5 말단(2711)과 제6 말단(2712)으로부터 바닥부의 상부 방향을 향하여 각각 연장된 제6 측벽(2720) 및 제7 측벽(2730), 제6 측벽(2720) 및 제7 측벽(2730) 사이에 배치되고 바닥부의 제7 말단으로부터 상부 방향을 향하여 연장된 제8 측벽(2740), 제6 측벽(2720) 및 제7 측벽(2730) 사이에 배치되고 바닥부의 제8 말단(2714)으로부터 상부 방향을 향하여 연장된 제9 측벽(2742), 그리고 바닥부와 이격되고 제8 측벽(2740)으로부터 제2 방향을 향하여 연장된 제3 탑부(2790)를 포함한다. 이때, 제9 측벽(2740)은 제3 탑부(2790)까지 연장되며, 제8 측벽(2740) 및 제9 측벽(2740)은 서로 평행하다. 도시된 바와 같이 제9 측벽(2740)의 제1 방향에 따른 양단은 제3 탑부(2790)와 만나도록 연장될 수 있고, 이에 따라 제9 측벽(2740)은 제1 방향에 따른 양단 사이에서 오목한 형상을 가질 수 있다. 제9 측벽(2740)이 제1 방향에 따른 양단 사이에서 오목한 형상을 가지는 경우, 바닥부, 제8 측벽(2740) 및 제9 측벽(2740) 사이의 공간에 배선 및 단열부재를 배치한 후 실드 커버부(2780)를 조립하기 용이하다.
이와 마찬가지로, 제2 열전 시스템(3200)의 상부 구조물(2800)은 배선보호부(2700)에 대칭하는 측벽들(2820, 2842) 및 탑부(2980)를 포함할 수 있다. 도시되지 않았으나, 제2 열전 시스템(3200)의 상부 구조물(2800)의 실드 커버부는 제2 열전 시스템(3200)의 배선보호부(2700)의 실드 커버부(2780)와 동일한 형상을 가질 수 있다.
여기서, 제1 열전 시스템(3100) 아래에 제2 열전 시스템(3200)이 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 제2 열전 시스템(3200) 아래에 추가의 열전 시스템이 더 배치될 수도 있다.
본 명세서 전체적으로, 열전소자(100, 1210)는 제1 기판(110), 제1 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 제2 전극(150) 및 제2 기판(160)을 포함하는 것으로 설명되고 있으나, 열전소자(100, 1210)의 정의가 이로 제한되는 것은 아니며, 열전소자(100, 1210)는 제1 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 제2 전극(150) 및 제2 기판(160)을 포함하며, 제1 기판(110) 상에 배치되는 것을 의미할 수도 있다.
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 (14)

  1. 제1 열전장치,
    상기 제1 열전장치와 제1 방향을 따라 이격되어 배치된 제2 열전장치,
    상기 제1 열전장치 및 상기 제2 열전장치와 전기적으로 연결된 배선부, 그리고,
    상기 배선부의 적어도 일부를 둘러싸도록 상기 제1 열전장치 및 상기 제2 열전장치의 일측 상부에 배치된 배선보호부를 포함하고,
    상기 배선보호부는,
    상기 제1 열전장치 및 상기 제2 열전장치 상에 배치된 바닥부,
    상기 바닥부의 제1 말단으로부터 상기 바닥부의 상부 방향을 향하여 연장된 제1 측벽,
    상기 바닥부의 상기 제1 말단과 상기 제1 방향을 따라 이격된 제2 말단으로부터 상기 바닥부에 대하여 상부 방향을 향하여 연장된 제2 측벽,
    상기 제1 측벽 및 제2 측벽 사이에 배치되고, 상기 바닥부의 상기 제1 말단과 상기 제2 말단 사이의 제3 말단으로부터 상기 상부 방향을 향하여 연장된 제3 측벽,
    상기 제1 측벽 및 제2 측벽 사이에 배치되고, 상기 바닥부의 상기 제3 말단과 상기 제1 방향 및 상기 상부 방향과 교차하는 제2 방향으로 이격된 제4 말단으로부터 상기 상부 방향을 향하여 연장된 제4 측벽,
    상기 바닥부와 이격되고 상기 제3 측벽으로부터 상기 제2 방향을 향하여 연장된 제1 탑부,
    상기 바닥부와 이격되고 상기 제4 측벽으로부터 상기 제2 방향과 반대방향으로 연장된 제2 탑부, 그리고
    상기 제2 탑부로부터 상기 상부 방향을 향하여 연장되고 상기 제1 탑부와 연결된 제5 측벽을 포함하고,
    상기 제3 측벽과 상기 제5 측벽 간의 거리는 상기 상부 방향을 따라 점점 감소하는 열전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바닥부를 기준으로 상기 제1 탑부의 높이는 상기 바닥부를 기준으로 상기 제2 탑부의 높이보다 높은 열전 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3 측벽과 상기 제5 측벽이 이루는 각도는 10 내지 70도인 열전 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3 측벽과 상기 제4 측벽 간의 거리는 상기 상부 방향을 따라 점점 감소하는 열전 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배선보호부는 상기 제1 측벽과 상기 제2 측벽 사이에 배치되고, 상기 제1 탑부, 상기 제2 탑부 및 상기 제5 측벽의 적어도 일부를 덮는 실드 커버부를 더 포함하는 열전 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 탑부 및 상기 제2 탑부 각각에는 적어도 하나의 체결홀이 형성되고, 상기 적어도 하나의 체결홀을 통하여 상기 실드 커버부와 체결되는 열전 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배선보호부는 상기 바닥부와 상기 제1 탑부 사이에 배치된 제1 단열부재 및 상기 바닥부와 상기 제2 탑부 사이에 배치된 제2 단열부재를 더 포함하는 열전 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 열전장치 및 상기 제2 열전장치의 타측 상부에 배치된 상부 구조물을 더 포함하는 열전 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 배선보호부와 상기 상부 구조물의 형상은 서로 대칭하는 열전 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 바닥부에서 상기 제1 방향을 따라 이격되어 형성된 제1홀 및 제2홀, 그리고
    상기 제3 측벽에 형성된 제3홀을 더 포함하고,
    상기 제1 열전장치에 연결된 제1 배선은 상기 제1홀을 관통하고, 상기 제3홀을 통하여 외부로 인출되고,
    상기 제2 열전장치에 연결된 제2 배선은 상기 제2홀을 관통하고, 상기 제3홀을 통하여 외부로 인출되는 열전 시스템.
  11. 제1 열전 시스템, 그리고 상기 제1 열전 시스템 아래에 배치된 제2 열전 시스템을 포함하고,
    상기 제1 열전 시스템은,
    제1 열전장치,
    상기 제1 열전장치와 제1 방향을 따라 이격되어 배치된 제2 열전장치,
    상기 제1 열전장치 및 상기 제2 열전장치와 전기적으로 연결된 제1 배선부, 그리고
    상기 제1 배선부의 적어도 일부를 둘러싸도록 상기 제1 열전장치 및 상기 제2 열전장치의 일측 상부에 배치된 제1 배선보호부를 포함하고,
    상기 제2 열전 시스템은,
    제3 열전장치,
    상기 제3 열전장치와 제1 방향을 따라 이격되어 배치된 제4 열전장치,
    상기 제3 열전장치 및 상기 제4 열전장치와 전기적으로 연결된 제2 배선부, 그리고
    상기 제2 배선부의 적어도 일부를 둘러싸도록 상기 제3 열전장치 및 상기 제4 열전장치의 일측 상부에 배치된 제2 배선보호부를 포함하고,
    상기 제1 내지 제4 열전장치 각각은 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향을 따라 제1 유체가 관통하도록 형성된 유로 영역을 포함하고,
    상기 제1 열전장치 및 상기 제2 열전장치 사이와 상기 제3 열전장치 및 상기 제4 열전장치 사이는 상기 제1 유체보다 고온인 제2 유체가 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 수직하는 제3 방향을 따라 흐르도록 이격되며,
    상기 제2 배선보호부의 바닥부의 폭은 상기 제2 배선보호부의 탑부의 폭의 0.98 내지 1.02배인 열전 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 열전장치 및 상기 제2 열전장치의 타측 상부에 상기 제1 배선보호부와 대칭으로 배치된 제1 상부 구조물, 그리고
    상기 제3 열전장치 및 상기 제4 열전장치의 타측 상부에 상기 제2 배선보호부와 대칭으로 배치된 제2 상부 구조물을 더 포함하고,
    상기 제1 배선보호부 및 상기 제1 상부 구조물의 서로 마주보는 면들 간 간격은 상기 제2 유체가 흐르는 방향을 따라 점점 좁아지며,
    상기 제2 배선보호부의 바닥부와 상기 제2 상부 구조물의 바닥부 간 최단거리는 상기 제2 배선보호부의 탑부와 상기 제2 상부 구조물의 탑부 간 최단거리의 0.96 내지 1.04배인 열전 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 배선보호부는,
    상기 제1 열전장치 및 상기 제2 열전장치 상에 배치된 제1 바닥부,
    상기 제1 바닥부의 제1 말단으로부터 상기 제1 바닥부에 대하여 상부 방향을 향하여 연장된 제1 측벽,
    상기 제1 바닥부의 상기 제1 말단과 상기 제1 방향을 따라 이격된 제2 말단으로부터 상기 제1 바닥부에 대하여 상부 방향을 향하여 연장된 제2 측벽,
    상기 제1 측벽 및 제2 측벽 사이에 배치되고, 상기 제1 바닥부의 상기 제1 말단과 상기 제2 말단 사이의 제3 말단으로부터 상기 상부 방향을 향하여 연장된 제3 측벽,
    상기 제1 측벽 및 제2 측벽 사이에 배치되고, 상기 제1 바닥부의 상기 제3 말단과 상기 제2 방향으로 이격된 제4 말단으로부터 상기 상부 방향을 향하여 연장된 제4 측벽,
    상기 제1 바닥부와 이격되고 상기 제3 측벽으로부터 상기 제2 방향을 향하여 연장된 제1 탑부,
    상기 제1 바닥부와 이격되고 상기 제4 측벽으로부터 상기 제2 방향과 반대방향으로 연장된 제2 탑부, 그리고
    상기 제2 탑부로부터 상기 상부 방향을 향하여 연장되고 상기 제1 탑부와 연결된 제5 측벽을 포함하고,
    상기 제3 측벽과 상기 제5 측벽 간의 거리는 상기 상부 방향을 따라 점점 감소하는 열전 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 배선보호부는,
    상기 제3 열전장치 및 상기 제4 열전장치 상에 배치된 제2 바닥부,
    상기 제2 바닥부의 제5 말단으로부터 상기 제2 바닥부에 대하여 상기 상부 방향을 향하여 연장된 제6 측벽,
    상기 제2 바닥부의 상기 제5 말단과 상기 제1 방향을 따라 이격된 제6 말단으로부터 상기 제2 바닥부에 대하여 상부 방향을 향하여 연장된 제7 측벽,
    상기 제6 측벽 및 제7 측벽 사이에 배치되고, 상기 제2 바닥부의 상기 제5 말단과 상기 제6 말단 사이의 제7 말단으로부터 상기 상부 방향을 향하여 연장된 제8 측벽,
    상기 제6 측벽 및 제7 측벽 사이에 배치되고, 상기 제2 바닥부의 상기 제7 말단과 상기 제2 방향으로 이격된 제8 말단으로부터 상기 상부 방향을 향하여 연장된 제9 측벽, 그리고
    상기 제2 바닥부와 이격되고 상기 제8 측벽으로부터 상기 제2 방향을 향하여 연장된 제3 탑부를 포함하고,
    상기 제9 측벽은 상기 제3 탑부까지 연장되며,
    상기 제8 측벽 및 상기 제9 측벽은 서로 평행한 열전 시스템.
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