WO2022050820A1 - 열전 모듈 및 이를 포함하는 발전 장치 - Google Patents

열전 모듈 및 이를 포함하는 발전 장치 Download PDF

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WO2022050820A1
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heat
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insulating layer
thermoelectric
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노명래
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엘지이노텍 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a thermoelectric module and a power generation device including the same, and more particularly, to a thermoelectric module using a temperature difference between a low temperature part and a high temperature part of a thermoelectric element, and a power generation device including the same.
  • thermoelectric phenomenon is a phenomenon that occurs by the movement of electrons and holes inside a material, and refers to direct energy conversion between heat and electricity.
  • thermoelectric element is a generic term for a device using a thermoelectric phenomenon, and has a structure in which a P-type thermoelectric material and an N-type thermoelectric material are bonded between metal electrodes to form a PN junction pair.
  • Thermoelectric devices can be divided into devices using a temperature change in electrical resistance, devices using the Seebeck effect, which is a phenomenon in which electromotive force is generated by a temperature difference, and devices using the Peltier effect, which is a phenomenon in which heat absorption or heat is generated by current. .
  • thermoelectric elements are widely applied to home appliances, electronic parts, communication parts, and the like.
  • the thermoelectric element may be applied to an apparatus for cooling, an apparatus for heating, an apparatus for power generation, and the like. Accordingly, the demand for the thermoelectric performance of the thermoelectric element is increasing.
  • thermoelectric element When the thermoelectric element is applied to an apparatus for power generation, a first fluid may flow toward a low temperature portion of the thermoelectric element, and a second fluid of higher temperature than the first fluid may flow toward a high temperature portion of the thermoelectric element. Accordingly, electricity may be generated by the temperature difference between the low-temperature portion and the high-temperature portion of the thermoelectric element.
  • An object of the present invention is to provide a thermoelectric module using a temperature difference between a low temperature part and a high temperature part of a thermoelectric element and a power generation device including the same.
  • thermoelectric module or a power generation device in which reliability is not deteriorated by disposing a plurality of sealing members at different positions within the thermoelectric module.
  • thermoelectric module includes a first heat-conducting member; a second heat-conducting member; a thermoelectric element disposed between the first heat-conducting member and the second heat-conducting member; a first sealing member disposed outside the thermoelectric element; and a second sealing member disposed outside the first sealing member, wherein the thermoelectric element is disposed between a first substrate, a second substrate facing the first substrate, and between the first and second substrates.
  • the first sealing member is disposed between an upper surface of the first substrate and a lower surface of the second substrate, and includes a convex side surface toward the semiconductor structure
  • the second sealing member includes the second sealing member A side surface of the first substrate is in contact with a side surface of the second substrate, and a gap is included between the convex side surface of the first sealing member and the second sealing member.
  • thermoelectric element further includes a first insulating layer disposed on the first substrate and a second insulating layer disposed on the first insulating layer, and the first sealing member includes the first insulating layer and the second insulating layer. may be in contact with the insulating layer.
  • the first sealing member may include a first region in contact with the first insulating layer; and a second region in contact with the second insulating layer.
  • the first insulating layer includes a first insulating part vertically overlapping with the second insulating layer, and a second insulating part not vertically overlapping with the second insulating layer, wherein the first region of the first sealing member is It may be positioned on the second insulating part, and a second region of the first sealing member may be positioned on the first insulating part.
  • sealing member and the third sealing member may be spaced apart from each other.
  • the first sealing member and the second sealing member may include the same material, the first sealing member and the third sealing member may include different materials, and the third sealing member may include urethane. .
  • the first heat-conducting member may be connected to the first flow path
  • the second heat-conducting member may be connected to the second flow path
  • temperatures of the fluid flowing through the first flow path and the second flow path may be different from each other.
  • An outer surface of the first sealing member may be concave outwardly toward the semiconductor structure.
  • An upper surface of the second insulating layer may include a concave portion concave toward the second substrate, and an outer surface of the first sealing member and an upper surface of the second insulating layer may be concave in a direction perpendicular to each other.
  • a height of the first sealing member, a height of the second sealing member, and a height of the third sealing member may be different from each other.
  • an electrode connector disposed on the first substrate and electrically connected to the first electrode; and a conductive wire portion connected to the electrode connection portion and extending to the outside of the first substrate.
  • the electrode connection portion may include an overlapping portion vertically overlapping with the first substrate and the second substrate, and the first sealing member may surround at least a portion of the overlapping portion.
  • a connection unit disposed on the electrode connection part and electrically connected to the conductive wire part; may further include, wherein the second sealing member surrounds the connection unit.
  • the second sealing member may contact at least a portion of an upper surface of the first substrate.
  • the third sealing member may be in contact with the first heat-conducting member and the second heat-conducting member.
  • a width of the third sealing member may be greater than a width of the first sealing member.
  • a width of the second sealing member may be greater than a width of the first sealing member.
  • the second sealing member may extend from an outer surface of the first substrate to an upper surface of the first heat-conducting member, and may extend from an outer surface of the second substrate to a lower surface of the second heat-conducting member.
  • the second sealing member may couple the thermoelectric element, the first heat-conducting member, and the second heat-conducting member.
  • the third sealing member may couple the first heat-conducting member and the second heat-conducting member.
  • thermoelectric module that is easy to assemble and has excellent power generation performance according to an improvement in temperature difference.
  • thermoelectric module it is possible to provide a thermoelectric module with improved reliability.
  • the process of disposing the shield member on the thermoelectric module is simple, and the thermoelectric module can be protected from moisture, heat or other contaminants.
  • thermoelectric element or thermoelectric module is not only a small-sized application, but also a large-scale application such as a heat transport pipe, a rainwater pipe, a waste heat pipe such as a smelting pipe, a vehicle, a ship, a steel mill, an incinerator, etc. can be applied.
  • thermoelectric module 1 is a perspective view of a power generation device including a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention
  • thermoelectric module is an exploded perspective view of a power generation device including a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3a is a cross-sectional view taken along line AA' in Figure 1,
  • Figure 3b is an enlarged view of part B in Figure 1,
  • thermoelectric module 4 is an exploded perspective view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 and 6 are views of a first heat-conducting member and a second heat-conducting member of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention
  • thermoelectric element 7 is a cross-sectional view of a thermoelectric element included in a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
  • thermoelectric element 8 is a conceptual diagram of a thermoelectric element included in a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
  • thermoelectric element 9 is an exploded perspective view of a thermoelectric element, a first sealing member, and a second sealing member according to an embodiment of the present invention.
  • thermoelectric element 10 is a cross-sectional view of a thermoelectric element, a first sealing member, and a second sealing member according to an embodiment of the present invention
  • thermoelectric module 11 is a view in which a second heat-conducting member is removed from the thermoelectric module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of II" in FIG. 12;
  • thermoelectric module 14 is a perspective view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
  • the singular form may also include the plural form unless otherwise specified in the phrase, and when it is described as "at least one (or more than one) of A and (and) B, C", it is combined as A, B, C It may include one or more of all possible combinations.
  • a component when it is described that a component is 'connected', 'coupled' or 'connected' to another component, the component is not only directly connected, coupled or connected to the other component, but also with the component It may also include a case of 'connected', 'coupled' or 'connected' due to another element between the other elements.
  • top (above) or under (below) is one as well as when two components are in direct contact with each other. Also includes a case in which another component as described above is formed or disposed between two components.
  • upper (upper) or lower (lower) when expressed as "upper (upper) or lower (lower)", the meaning of not only an upper direction but also a lower direction based on one component may be included.
  • thermoelectric device (or thermoelectric module) of the present invention may be used in a power generation device or a power generation system including the power generation device.
  • the power generation system includes a power generation device (including a thermoelectric module or a thermoelectric element) and a fluid pipe, and the fluid flowing into the fluid pipe may be a heat source generated in a waste heat pipe such as a heat transport pipe, a rainwater pipe, a smelting pipe, etc. .
  • the present invention is not limited thereto.
  • the fluid pipe may include a first fluid pipe and a second fluid pipe through which a fluid having a higher temperature than the first fluid pipe flows, and the thermoelectric module may be disposed between the first fluid pipe and the second fluid pipe.
  • the temperature of the fluid flowing in the first fluid pipe may be 80 °C or less, preferably 60 °C or less, more preferably 50 °C
  • the temperature of the fluid flowing in the second fluid pipe is 100 °C or more , preferably 200°C or higher, more preferably 220°C to 250°C, but is not limited thereto, and may be variously applied according to the temperature difference between the low-temperature part and the high-temperature part of the thermoelectric element.
  • the power generation device is disposed adjacent to the fluid pipe to perform power generation using the energy of the fluid.
  • FIG. 1 is a perspective view of a power generation device including a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a power generation device including a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3A is FIG. 1 It is a cross-sectional view taken along line AA'
  • FIG. 3B is an enlarged view of part B in FIG. 1 .
  • thermoelectric module 1000 includes a first flow path P1, a second flow path P2, and a first adjustment unit ( LB1), a second control unit LB2, and the thermoelectric module 1000 may be included.
  • the first flow path P1 and the second flow path P2 may be pipes having a space through which the fluids E1 and E2 can move.
  • the first fluid E1 may move in a predetermined direction in the first flow path P1 .
  • the second fluid E2 may move in a predetermined direction in the second flow path P2 .
  • the first fluid E1 may move in a direction opposite to the second direction (Y-axis direction) or in a second direction.
  • the second fluid E2 of the second flow path P2 may move in a direction opposite to the second direction (Y-axis direction) or in a second direction (Y-axis direction).
  • first flow path P1 and the second flow path P2 may be spaced apart from each other in the first direction (X-axis direction).
  • first direction X-axis direction
  • second direction Y-axis direction
  • third direction Z-axis direction
  • Z-axis direction may be a direction perpendicular to the first direction (X-axis direction) and the second direction (Y-axis direction).
  • each of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction is illustrated as being perpendicular to each other, but is not limited thereto, and each of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction may have a predetermined angle with each other.
  • the first flow path P1 and the second flow path P2 are shown in a circular cross section as a plane YZ perpendicular to the first direction (X-axis direction), but it is not limited thereto, and various shapes are provided. can have
  • the temperature of the first fluid E1 may be lower than the temperature of the second fluid E2 .
  • the first flow path P1 may be a low temperature part
  • the second flow path P2 may be a high temperature part.
  • the first substrate of the thermoelectric element that is adjacent to the first flow path P1 and conducts heat from the first flow path P1 becomes a low-temperature portion
  • the second substrate of the conductive thermoelectric element may be a high-temperature portion.
  • the first adjustment unit LB1 may be coupled to the first flow path P1 .
  • the first adjusting unit LB1 may adjust the amount of the first fluid E1 flowing in the first flow path P1 .
  • the first adjusting unit LB1 is driven by a rotational force by a user, and the first flow path P1 may be opened/closed or an area may be decreased or increased in cross-section (YZ plane). Accordingly, for example, when the first fluid E1 flows in the opposite direction to the second direction (Y-axis direction) as shown in the drawing, the amount of the first fluid E1a before passing through the first adjusting unit LB1 and The amount of the first fluid E1b after passing through the first adjusting unit LB1 may be adjusted to be equal to or different from each other.
  • the second adjustment unit LB2 may be coupled to the second flow path P2 .
  • the second control unit LB2 may control the amount of the second fluid E2 flowing in the second flow path P2 .
  • the second adjusting unit LB2 is driven by a rotational force by a user, and the second flow path P2 may be opened or closed or an area may be decreased or increased in cross-section (YZ plane). Accordingly, for example, when the second fluid E2 flows in the opposite direction to the second direction (Y-axis direction) as shown in the drawing, the amount of the second fluid E2a before passing through the second adjusting unit LB2 and The amount of the second fluid E2b after passing through the second adjusting unit LB2 may be adjusted to be equal to or different from each other.
  • the first conductive part TT1 may extend from the first flow path P1 through which the first fluid E1 moves.
  • the first conductive part TT1 may be connected to the first flow path P1 for heat transfer from the first flow path P1 .
  • the second conductive part TT2 may be in contact with the second flow path P2 through which the second fluid E2 higher than the temperature of the first fluid E1 moves.
  • the second conductive part TT2 may extend from the second flow path P2 and may be connected to the second flow path P2 for heat transfer from the second flow path P2 .
  • thermoelectric module 1000 may be disposed between the first conductive part TT1 and the second conductive part TT2 .
  • the thermoelectric module 1000 may be in contact with the first conductive part TT1 and the second conductive part TT2 . That is, the thermoelectric module 1000 may receive heat transfer from each of the first flow path P1 and the second flow path P2 .
  • the first heat-conducting member of the thermoelectric module 1000 may extend from the low-temperature first flow path P1 and may receive heat.
  • the second heat-conducting member of the thermoelectric module 1000 may extend from the high-temperature second flow path P2 and may receive heat from the second flow path P2 .
  • the thermoelectric module 1000 may include a third sealing member surrounding the outside of the first heat-conducting member and the second heat-conducting member. A detailed description thereof will be given later.
  • thermoelectric module 1000 may include a junction box JB disposed outside, for example, one of the first conductive part TT1 and the second conductive part TT2.
  • the junction box JB may be electrically connected to a thermoelectric element of the thermoelectric module 1000 .
  • an output voltage may be determined according to a temperature difference between a low temperature portion and a high temperature portion, that is, a temperature difference between the first substrate and the second substrate and internal resistance.
  • the maximum power can be different depending on the output voltage, internal resistance, and the load.
  • the junction box JB may include a circuit unit for setting a load to correspond to the internal resistance of the thermoelectric element. Accordingly, the maximum power may be transmitted to the outside by the power generation of the thermoelectric element.
  • the circuit unit may transmit the maximum power to the load by adjusting the load to be equal to the internal resistance of the thermoelectric element.
  • the load may be electrically connected to an external device (eg, a battery), and electric energy generated by applying a voltage across the load to the external device may be charged to the external device.
  • the first conductive part TT1 may include a first clamp TT1a surrounding the first flow path P1 and a first extension part TT1b extending from the first clamp TT1a toward the thermoelectric module 1000 . there is. Furthermore, the first conductive part TT1 may further include a first fastening member TT1f for improving the coupling force between the first clamp TT1a and the first flow path P1 .
  • the first clamp TT1a may include a 1-1 clamp TT1aa and a 1-2 th clamp TT1ab.
  • the 1-1 clamp TT1aa and the 1-2 clamp TT1ab may be members divided by a plane YZ perpendicular to the first direction (X-axis direction) in the first clamp TT1a. Accordingly, the 1-1 clamp TT1aa may be disposed between the first flow path P1 and the second flow path P2 .
  • the 1-1 clamp TT1aa may be positioned adjacent to the thermoelectric module 1000 compared to the 1-2 clamp TT1ab.
  • the 1-1 clamp TT1aa may have an inner surface TT1aar having a shape corresponding to the outer surface of the first flow path P1 . Accordingly, the inner surface TT1aar of the 1-1 clamp TT1aa may be in contact with one surface of the first flow path P1 and surround one surface of the first flow path P1 .
  • the 1-1 clamp TT1aa may include a 1-1 hole TT1aah for coupling with the 1-2 th clamp TT1bb.
  • the 1-1 hole TT1aah may be located at an upper portion or a lower portion.
  • the first-second clamp TT1ab may have an inner surface TT1abr having a shape corresponding to the outer surface of the first flow path P1 .
  • the inner surface TT1abr of the 1-2 clamp TT1ab is in contact with the other surface of the first flow path P1 and surrounds the other surface of the first flow path P1.
  • the 1-1 clamp TT1aa and the 1-2 clamp TT1ab may surround the first flow path P1 while being in contact with the first flow path P1 .
  • the 1-1 clamp TT1aa and the 1-2 clamp TT1ab may receive energy (eg, temperature) from the first fluid E1 in the first flow path P1 .
  • the 1-2 th clamp TT1ab may include a 1-2 th hole TT1abh for coupling with the 1-1 clamp TT1aa.
  • the 1-2 th hole TT1abh may be located above or below the first flow path P1 .
  • the 1-1 hole TT1aah and the 1-2 th hole TT1abh may be positioned to overlap in the first direction (X-axis direction).
  • the 1-1 hole TT1aah may be disposed above and below the first flow path P1 to overlap in the third direction (Z-axis direction) or to be partially shifted.
  • the 1-2 holes TT1abh may be disposed above and below the first flow path P1 to overlap in the third direction (Z-axis direction) or to be partially shifted.
  • the first fastening member TT1f may pass through the above-described 1-1 hole TT1aab and 1-2 th hole TT1abh. Accordingly, the coupling force between the 1-1 clamp TT1aa and the 1-2 clamp TT1ab is secured, and between the 1-1 clamp TT1aa and the first flow path P1 or the 1-2 clamp TT1ab A fastening force between the and the first flow path P1 may be improved. That is, since the first conductive part can be easily fastened to the first flow path P1 or the second flow path P2 to be described later, assembly easiness can be improved.
  • the 1-1 clamp TT1aa and the 1-2 clamp TT1ab may be made of a material having high thermal conductivity.
  • the 1-1 clamp TT1aa and the 1-2 clamp TT1ab may include metal.
  • the first extension TT1b may extend in the first direction (X-axis direction) from the 1-1 clamp TT1aa.
  • the first extension TT1b may be formed integrally with the first-first clamp TT1aa.
  • the 1-1 clamp TT1aa and the first extension part TT1b are integrally formed, and the 1-2 clamp TT1ab includes the 1-1 clamp TT1aa and the first extension part TT1b. In the separated state, they may be coupled to each other through the first fastening member TT1f. Accordingly, as described above, the ease of assembly may be improved.
  • first extension part TT1b may have a first end surface TT1bs facing the second conductive part TT2 .
  • the first end surface TT1bs may contact the thermoelectric module 1000 .
  • a conductive pad made of a thermally conductive material may be additionally disposed between the first end surface TT1bs and the thermoelectric module 1000 .
  • the second conductive part TT2 may include a second clamp TT2a surrounding the second flow path P2 and a second extension part TT2b extending from the second clamp TT2a toward the thermoelectric module 1000 . there is. Furthermore, the second conductive part TT2 may further include a second fastening member TT2f for securing the coupling force between the second clamp TT2a and the second flow path P2 .
  • the second clamp TT2a may include a 2-1 clamp TT2aa and a 2-2 clamp TT2ab.
  • the second-first clamp TT2aa and the second-second clamp TT2ab may be members divided by a plane YZ perpendicular to the second direction (X-axis direction) in the second clamp TT2a. Accordingly, the 2-1 clamp TT2aa may be disposed between the first flow path P1 and the second flow path P2 .
  • the 2-1 clamp TT2aa may be positioned adjacent to the thermoelectric module 1000 compared to the 2-2 clamp TT2ab.
  • the second-first clamp TT2aa may have an inner surface TT2aar having a shape corresponding to the outer surface of the second flow passage P2 . Accordingly, the inner surface TT2aar of the 2-1 clamp TT2aa may be in contact with one surface of the second passage P2 and surround one surface of the second passage P1 .
  • the 2-1 th clamp TT2aa may include a 2-1 th hole TT2aah for coupling with the 2-2 th clamp TT2bb.
  • the 2-1 hole TT2aah may be positioned above or below the second flow path P2 .
  • the second-second clamp TT2ab may have an inner surface TT2abr having a shape corresponding to the outer surface of the second flow passage P2 .
  • the inner surface TT2abr of the 2-2 clamp TT2ab is in contact with the other surface of the second passage P2 and surrounds the other surface of the second passage P2.
  • the 2-1 clamp TT2aa and the 2-2 clamp TT2ab may surround the second flow path P2 while being in contact with the second flow path P2 .
  • the second-first clamp TT2aa and the second-second clamp TT2ab may receive energy (eg, temperature) from the second fluid E2 in the second flow path P2 .
  • the second-second clamp TT2ab may include a second-second hole TT2abh for coupling with the second-first clamp TT2aa.
  • the 2-2 hole TT2abh may be located above or below the second flow path P2 .
  • the 2-1 th hole TT2aah and the 2-2 th hole TT2abh may be positioned to overlap in the first direction (X-axis direction).
  • the 2-1 th hole TT2aah may be disposed above and below the second flow path P2 to overlap in the third direction (Z-axis direction).
  • the 2-2 hole TT2abh may be disposed on the upper part and the lower part of the second flow path P2 to overlap in the third direction (Z-axis direction).
  • the second fastening member TT2f may pass through the aforementioned 2-1 hole TT2aab and 2-2 hole TT2abh. Accordingly, the coupling force between the 2-1 clamp TT2aa and the 2-2 clamp TT2ab is secured, and between the 2-1 clamp TT2aa and the second flow path P1 or the 2-2 clamp TT2ab A fastening force between the and the second flow path P2 may be improved. That is, since the second conductive part can be easily fastened to the second flow path P2, assembly easiness can be improved.
  • the second-first clamp TT2aa and the second-second clamp TT2ab may be made of a material having high thermal conductivity.
  • the second-first clamp TT2aa and the second-second clamp TT2ab may include metal.
  • the second extension TT2b may extend in the second direction (X-axis direction) from the 2-1 clamp TT2aa.
  • the second extension part TT2b may be integrally formed with the 2-1 clamp TT2aa.
  • the 2-1 clamp TT2aa and the second extension part TT2b are integrally formed, and the 2-2 clamp TT2ab includes the 2-1 clamp TT2aa and the second extension part TT2b. In the separated state, they may be coupled to each other through the second fastening member TT2f. Accordingly, as described above, the ease of assembly may be improved.
  • the second extension part TT2b may have a second end surface TT2bs facing the second conductive part TT2 .
  • the second end surface TT2bs may contact the thermoelectric module 1000 .
  • first extension part TT1b and the second extension part TT2b described above may be made of a thermally conductive material like the first clamp TT1a and the second clamp TT2a.
  • first extension TT1b and the second extension TT2b may include metal.
  • thermoelectric module 1000 may be disposed between the first conductive part TT1 and the second conductive part TT2 as described above. Also, the thermoelectric module 1000 may include a plurality of thermoelectric elements 1300 . For example, the plurality of thermoelectric elements 1300 may be connected to each other in series or in parallel.
  • the first heat-conducting member may contact the first conductive part TT1
  • the second heat-conducting member may contact the second conductive part TT2 .
  • the lower substrate (eg, the low temperature part) of the thermoelectric element may receive heat conducted from the first conductive part TT1 by the first fluid E1 of the first flow path P1 .
  • the upper substrate (eg, the high temperature part) of the thermoelectric element may receive heat conducted from the second conductive part TT2 by the second fluid E2 of the second flow path P2 .
  • the thermoelectric element 1300 may generate electricity from a temperature difference generated between the lower substrate and the upper substrate. In this case, the generated power may be supplied to a battery unit (not shown) or applied to drive a separate power component or system. A detailed description of the thermoelectric module 1000 will be described later.
  • the junction box JB may be in contact with the first conductive part TT1 .
  • the junction box JB may maintain a relatively low temperature state to minimize heat generation due to driving. That is, reliability can be improved.
  • the first minimum distance L1 from the thermoelectric module 1000 to the first flow path P1 is the second minimum distance L1 from the thermoelectric module 1000 . It may be greater than the second minimum distance L2 to the flow path P2.
  • the temperature of the heat conducted from the low-temperature first flow path P1 may change toward the first end surface TT1bs of the first conductive part TT1.
  • the temperature of the heat conducted from the high-temperature second flow path P2 may change toward the second end surface TT2bs of the second conductive part TT2.
  • the temperature (low temperature) of the first end surface TT1bs in contact with the thermoelectric module 1000 and the temperature of the second end surface TT2bs The temperature difference between (high temperature) should be increased.
  • the second minimum distance L2 from the thermoelectric module 1000 to the second flow path P2 is greater than the first minimum distance L1 from the thermoelectric module 1000 to the first flow path P1. Since it is small, the amount of change in temperature between the second passage P2 and the second end surface TT2bs may be smaller than the amount of change in temperature between the first passage P1 and the first end surface TT1bs. That is, the temperature difference between the high temperature and the low temperature provided to the thermoelectric element 1300 of the thermoelectric module 1000 is improved by minimizing the temperature change amount of the second end surface TT2bs that is the high temperature part than the temperature change amount of the first end surface TT1bs that is the low temperature part. can do it Therefore, the power generation performance can also be improved.
  • the distance L3 from the thermoelectric module 1000 to the first center C1 of the first flow path P1 is the distance from the thermoelectric module 1000 to the second center C2 of the second flow path P2 ( L4) may be greater.
  • a distance between the 1-1th clamp TT1aa and the thermoelectric module 1000 may be greater than a distance between the 2-1 th clamp TT2aa and the thermoelectric module 1000 .
  • the length of the first extension part TT1b in the first direction (X-axis direction) may be greater than the length of the second extension part TT2b in the second direction (X-axis direction).
  • thermoelectric module 1000 may include a third sealing member SL3 disposed on the outermost side. At least a portion of the third sealing member SL3 may be positioned between the first extension part TT1b and the second extension part TT2b.
  • the third sealing member SL3 may be positioned between the first end surface TT1bs and the second end surface TT2bs and may be in contact with the first end surface TT1bs and the second end surface TT2bs.
  • the outermost surface of the third sealing member SL3 may form the same surface as the outermost surfaces of the first extension portion Tt1b and the second extension portion TT2b.
  • the outermost surface of the third sealing member SL3 may be positioned to be displaced from the outer surface of the first extension part TT1b and the outer surface of the second extension part TT2b.
  • the outermost surface of the third sealing member SL3 may be located inside with respect to the outer surface of the first extension part TT1b and the outer surface of the second extension part TT2b.
  • the outermost surface of the third sealing member SL3 may be located outside the outer surface of the first extension part TT1b and the outer surface of the second extension part TT2b.
  • the third sealing member SL3 may include a through hole SLH.
  • the wires EP1 and EP2 electrically connected to the thermoelectric element through the through hole SLH may be connected to the junction box JB on the outside.
  • these wires EP1 and EP2 may be electrically connected to a conductive wire part, which will be described later.
  • the conducting wire connected to the thermoelectric element may also pass through the second sealing member.
  • thermoelectric module 1000 when the center of one thermoelectric element is turned to the inside, the first sealing member SL1 , the second sealing member SL2 and the third sealing member SL3 have the outside. may be positioned sequentially toward the And, for example, the first sealing member SL1 , the second sealing member SL2 , and the third sealing member SL3 may be spaced apart from each other. A detailed description thereof will be given later.
  • FIGS. 5 and 6 are views of a first heat-conducting member and a second heat-conducting member of the thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
  • the thermoelectric module 1000 includes a first heat-conducting member 1100, a second heat-conducting member 1200, a thermoelectric element 1300, a blocking member 1400, It may include a first sealing member SL1 , a second sealing member SL2 , and a third sealing member SL3 .
  • the first heat-conducting member 1100 may extend from the first flow path.
  • the first heat-conducting member 1100 may be in contact with the first conductive part heat-transferred from the first flow path.
  • the first heat-conducting member 1100 may include a tube (hereinafter, referred to as a first tube) formed therein.
  • the first pipe may be connected to the first flow path so that the fluid in the first flow path may move.
  • the first tube may be connected to a bypassed tube in the first flow passage. Accordingly, the fluid may also move in the first tube, and the fluid may transfer heat to the first heat-conducting member 1100 .
  • the second heat-conducting member 1200 may extend from the second flow path.
  • the second heat-conducting member 1200 may be in contact with the second conductive part heat-transferred from the second flow path.
  • the second heat-conducting member 91200 may include a tube (hereinafter, referred to as a second tube) formed therein.
  • the second pipe may be connected to the second flow path so that the fluid in the second flow path may move.
  • the second tube may be connected to a bypassed tube in the second flow passage. Accordingly, the fluid may also move in the second tube, and the fluid may transfer heat to the second heat-conducting member 1200 .
  • the first heat-conducting member 1100 may be a low-temperature part
  • the second heat-conducting member 1200 may be a high-temperature part.
  • the first substrate of the thermoelectric element adjacent to the first heat-conducting member 1100 and conducting heat from the first heat-conducting member 1100 becomes a low-temperature part
  • the second heat-conducting member 1200 and a second heat-conducting member may be a high temperature part.
  • the first heat-conducting member 1100 may be made of a heat-conducting material.
  • the first heat-conducting member 1100 may include, for example, aluminum. Accordingly, the first heat-conducting member 1100 may receive heat from the first fluid flowing through the first flow path.
  • the second heat-conducting member 1200 may be made of a heat-conducting material.
  • the second heat-conducting member 1200 may include, for example, aluminum. Accordingly, the second heat-conducting member 1200 may receive heat from the second fluid flowing through the second flow path.
  • first heat-conducting member 1100 and the second heat-conducting member 1200 may be spaced apart from each other in the first direction (X-axis direction).
  • thermoelectric element 1300 may be disposed between the first heat-conducting member 1100 and the second heat-conducting member 1200 .
  • the above-described circuit unit may be located in the first heat-conducting member 1100 . Accordingly, since the first heat-conducting member 1100 has a low temperature state, even if heat is generated by driving the circuit part, heat generation of the circuit part may be suppressed by the first heat-conducting member 1100 .
  • the present invention is not limited thereto, and as described above, a junction box may be disposed outside.
  • the first heat-conducting member 1100 may include a first edge groove G1.
  • the first edge groove G1 may be positioned on the first surface M1 of the first heat-conducting member 1100 facing the second heat-conducting member 1200 .
  • a blocking member 1400 to be described later may be disposed in the first edge groove G1.
  • the blocking member 1400 may be made of a heat-resistant and moisture-resistant material.
  • the blocking member 1400 may be made of rubber or the like.
  • the first edge groove G1 may be disposed outside the thermoelectric element 1300 .
  • the first edge groove G1 may be disposed along the edge of the first surface M1 of the first heat-conducting member 1100 .
  • the first edge groove G1 may have a closed loop shape with a plane YZ perpendicular to the first direction. Accordingly, the thermoelectric element 1300 may be surrounded by the blocking member 1400 through the blocking member 1400 disposed in the first edge groove G1 . Accordingly, the thermoelectric element 1300 may be shielded by the first heat-conducting member 1100 and the second heat-conducting member 1200 as well as the blocking member 1400 .
  • a first heat-conducting member 1100 is positioned below the thermoelectric element 1300
  • a second heat-conducting member 1200 is positioned on an upper portion of the thermoelectric element 1300
  • a blocking member 1400 is located on the outside of the thermoelectric element 1300 .
  • thermoelectric element 1300 may be located in an inner region formed by the first heat-conducting member 1100 , the second heat-conducting member 1200 , and the blocking member 1400 . Accordingly, moisture resistance of the thermoelectric module according to the embodiment may be improved.
  • the second heat-conducting member 1200 may include a second edge groove G2.
  • the second edge groove G2 may be located on the second surface M2 of the second heat-conducting member 1200 facing the first heat-conducting member 1100 .
  • a blocking member 1400 may be disposed in the second edge groove G2.
  • the second edge groove G2 may be disposed to face the first edge groove G1 .
  • the second edge groove G2 may be positioned to at least partially overlap the first edge groove G1 in the first direction (X-axis direction). Accordingly, moisture resistance of the thermoelectric module may be improved by the blocking member 1400 applied between the first edge groove G2 and the second edge groove G2 .
  • the second edge groove G2 may be disposed outside the thermoelectric element 1300 .
  • the second edge groove G2 may be disposed along an edge of the second surface M2 of the second heat-conducting member 1200 .
  • the second edge groove G2 may have a closed loop shape with a plane YZ perpendicular to the first direction. Accordingly, the thermoelectric element 1300 may be surrounded by the blocking member 1400 .
  • the thermoelectric element 1300 may be disposed between the first heat-conducting member 1100 and the second heat-conducting member 1200 .
  • there may be a plurality of thermoelectric elements 1300 and the plurality of thermoelectric elements 1300 may be electrically connected to each other.
  • the plurality of thermoelectric elements 1300 may be connected to each other in series or in parallel.
  • a connection board BD for electrical connection between the thermoelectric elements may be additionally disposed on one side of the plurality of thermoelectric elements 1300 .
  • thermoelectric element 1300 one of a lower substrate (or a first substrate) and an upper substrate (or a second substrate) is in contact with the first heat-conducting member 1100 , and the other is in contact with the second heat-conducting member 1200 and can be reached Accordingly, the lower substrate (eg, the low-temperature portion) of the thermoelectric element may receive heat conducted to the first heat-conducting member 1100 through the first flow path.
  • the upper substrate eg, the high-temperature portion of the thermoelectric element may receive heat conducted to the second heat-conducting member 1200 through the second flow path. Accordingly, the thermoelectric element 1300 may generate electricity from a temperature difference generated between the lower substrate and the upper substrate. In this case, the generated power may be supplied to a battery unit (not shown) or applied to drive a separate power component or system. A detailed description of the thermoelectric element 1300 will be described later.
  • the blocking member 1400 may be disposed along an edge of the first heat-conducting member 1100 or the second heat-conducting member 1200 outside the thermoelectric element 1300 . Also, the blocking member 1400 may be disposed between the first heat-conducting member 1100 and the second heat-conducting member 1200 . For example, the blocking member 1400 may be spaced apart from an edge of the first heat-conducting member 1100 or the second heat-conducting member 1200 by a predetermined distance to surround the thermoelectric element 1300 . That is, the blocking member 1400 may be located outside the thermoelectric element 1300 .
  • the blocking member 1400 may be positioned at the outermost side between the first heat-conducting member 1100 and the second heat-conducting member 1200 .
  • the blocking member 1400 may have a closed loop structure with respect to the plane YZ perpendicular to the first direction. Accordingly, it is possible to prevent external moisture and foreign substances from moving to the thermoelectric element inside the blocking member 1400 . That is, the performance and reliability of the thermoelectric module according to the embodiment may be improved.
  • the blocking member 1400 may surround the thermoelectric element 1300 disposed between the first heat-conducting member 1100 and the second heat-conducting member 1200 on the plane YZ. In other words, the blocking member 1400 may be located in a region around the thermoelectric element 1300 on the plane YZ. Accordingly, the thermoelectric element 1300 may overlap the blocking member 1400 in the second direction (Y-axis direction) or the third direction (Z-axis direction). Furthermore, since the blocking member 1400 is positioned in the first edge groove G1 and the second, the length of the blocking member 1400 in the first direction may be greater than the length of the thermoelectric element 1300 in the first direction.
  • the first heat-conducting member 1100 is positioned under the thermoelectric element 1300
  • the second heat-conducting member 1200 is positioned on the upper part of the thermoelectric element 1300
  • the blocking member 1400 is located on the outside of the thermoelectric element 1300 .
  • the thermoelectric element 1300 may be located in an inner region formed by the first heat-conducting member 1100 , the second heat-conducting member 1200 , and the blocking member 1400 .
  • first sealing member SL1 may be disposed between the first and second substrates of the thermoelectric element.
  • first sealing member SL1 may be made of a moisture-resistant material.
  • the first sealing member SL1 may include at least one of an epoxy resin and a silicone resin, or a tape in which at least one of an epoxy resin and a silicone resin is applied to both surfaces.
  • the first sealing member SL1 may serve to seal between the first and second substrates. Also, the first sealing member SL1 may be mixed with a finishing material, a finishing layer, a waterproofing material, a waterproofing layer, and the like.
  • the second sealing member SL2 may be disposed to surround the first sealing member.
  • the second sealing member SL2 may contact the outer surface of the first substrate and the outer surface of the second substrate. Accordingly, since the second sealing member SL2 surrounds the first electrode, the second electrode, the semiconductor structure, and the first sealing member along the outer surfaces of the first and second substrates, foreign substances, moisture, etc. penetration can be prevented.
  • the second sealing member SL2 may be made of a moisture-resistant material like the first sealing member SL1 .
  • the second sealing member SL2 may include at least one of an epoxy resin and a silicone resin, or a tape in which at least one of an epoxy resin and a silicone resin is applied to both surfaces.
  • the second sealing member SL2 may also be mixed with a finishing material, a finishing layer, a waterproofing material, a waterproofing layer, and the like.
  • the third sealing member SL3 may be disposed outside the second sealing member SL2 to surround the second sealing member SL2 .
  • the third sealing member SL3 is disposed outside the first heat-conducting member 1100 , the second heat-conducting member 1200 , and the thermoelectric element 1300 , and the first heat-conducting member 1100 and the second heat-conducting member 1200 . can be contacted with Accordingly, the third sealing member SL3 may surround the first heat-conducting member 1100 , the second heat-conducting member 1200 , and the thermoelectric element 1300 . Accordingly, it is possible to prevent foreign substances and moisture from penetrating into the thermoelectric element 1300 disposed between the first heat-conducting member 1100 and the second heat-conducting member 1200 .
  • the third sealing member SL3 may be made of a material such as moisture resistance. And while the first sealing member SL1 and the second sealing member SL2 are made of the same material such as epoxy or silicone, the third sealing member SL3 is the first sealing member SL1 or the second sealing member ( SL2) and different materials.
  • the third sealing member SL3 may be made of a urethane material. Accordingly, the third sealing member SL3 may maintain the heat transferred to the first heat-conducting member 1100 and the second heat-conducting member 1200 .
  • first sealing member SL1 , the second sealing member SL2 , and the third sealing member SL3 may be disposed to be spaced apart from each other.
  • first sealing member SL1 , the second sealing member SL2 , and the third sealing member SL3 may have different heights in the first direction.
  • the heights of the first sealing member SL1 , the second sealing member SL2 and the third sealing member SL3 are the positions of the first sealing member SL1 , the second sealing member SL2 and the third sealing member SL3 . may be changed in response.
  • the first sealing member SL1 , the second sealing member SL2 , and the third sealing member SL3 each block the penetration of foreign substances and moisture, so that the reliability of the thermoelectric module can be further improved. A detailed description of these positions and structures will be described later.
  • first sealing member SL1 and the second sealing member SL2 may contact each other, but hereinafter, the first sealing member SL1 , the second sealing member SL2 and the third sealing member SL3 , respectively. It will be described based on the spaced apart from each other.
  • widths of the first sealing member SL1 , the second sealing member SL2 , and the third sealing member SL3 may be different from each other.
  • the width may be a length in the second direction (Y-axis direction) or in the third direction (Z-axis direction).
  • the width W3 of the third sealing member SL3 may be greater than the width W2 of the second sealing member SL2 .
  • the width W2 of the second sealing member SL2 may be greater than the width W1 of the first sealing member SL1 .
  • the first sealing member SL1 , the second sealing member SL2 , and the third sealing member SL3 have different lengths, ie, different heights in the first direction, and sequentially increase, and accordingly, the width may also increase. Accordingly, the first sealing member SL1 , the second sealing member SL2 , and the third sealing member SL3 can easily perform sealing and coupling with respect to the components in contact with each other.
  • the third sealing member SL3 comes into contact with the first heat-conducting member 1100 and the second heat-conducting member 1200 to surround both the first heat-conducting member 1100 and the second heat-conducting member 1200 , so that the first heat conduction Heat dissipation and sealing of the member 1100 , the second heat-conducting member 1200 , and the thermoelectric element 1300 may be easily performed. Furthermore, in the third sealing member SL3 , the coupling force between the first heat-conducting member 1100 and the second heat-conducting member 1200 may be improved.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a thermoelectric element included in a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a conceptual diagram of a thermoelectric element included in the thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
  • the thermoelectric element 100 includes a lower substrate 110 , a lower electrode 120 , a P-type thermoelectric leg 130 , an N-type thermoelectric leg 140 , an upper electrode 150 , and an upper portion. and a substrate 160 .
  • the lower electrode 120 is disposed between the lower substrate 110 and the lower bottom surfaces of the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140
  • the upper electrode 150 is formed between the upper substrate 160 and the P-type thermoelectric leg 140 . It is disposed between the thermoelectric leg 130 and the upper bottom surface of the N-type thermoelectric leg 140 . Accordingly, the plurality of P-type thermoelectric legs 130 and the plurality of N-type thermoelectric legs 140 are electrically connected by the lower electrode 120 and the upper electrode 150 .
  • a pair of P-type thermoelectric legs 130 and N-type thermoelectric legs 140 disposed between the lower electrode 120 and the upper electrode 150 and electrically connected may form a unit cell.
  • thermoelectric leg 130 when a voltage is applied to the lower electrode 120 and the upper electrode 150 through the lead wires 181 and 182 , a current flows from the P-type thermoelectric leg 130 to the N-type thermoelectric leg 140 due to the Peltier effect.
  • the substrate through which flows absorbs heat and acts as a cooling unit, and the substrate through which current flows from the N-type thermoelectric leg 140 to the P-type thermoelectric leg 130 may be heated and act as a heating unit.
  • a temperature difference between the lower electrode 120 and the upper electrode 150 is applied, the charges in the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 move due to the Seebeck effect, and electricity may be generated. .
  • the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 may be bismuth telluride (Bi-Te)-based thermoelectric legs including bismuth (Bi) and tellurium (Te) as main raw materials.
  • P-type thermoelectric leg 130 is antimony (Sb), nickel (Ni), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), lead (Pb), boron (B), gallium (Ga), tellurium It may be a bismuthtelluride (Bi-Te)-based thermoelectric leg including at least one of (Te), bismuth (Bi), and indium (In).
  • the P-type thermoelectric leg 130 contains 99 to 99.999 wt% of Bi-Sb-Te, which is a main raw material, based on 100 wt% of the total weight, and nickel (Ni), aluminum (Al), copper (Cu) , at least one of silver (Ag), lead (Pb), boron (B), gallium (Ga), and indium (In) may be included in an amount of 0.001 to 1 wt%.
  • N-type thermoelectric leg 140 is selenium (Se), nickel (Ni), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), lead (Pb), boron (B), gallium (Ga), tellurium It may be a bismuthtelluride (Bi-Te)-based thermoelectric leg including at least one of (Te), bismuth (Bi), and indium (In).
  • the N-type thermoelectric leg 140 contains 99 to 99.999 wt% of Bi-Se-Te, a main raw material, based on 100 wt% of the total weight, and nickel (Ni), aluminum (Al), copper (Cu) , at least one of silver (Ag), lead (Pb), boron (B), gallium (Ga), and indium (In) may be included in an amount of 0.001 to 1 wt%.
  • the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 may be formed in a bulk type or a stack type.
  • the bulk-type P-type thermoelectric leg 130 or the bulk-type N-type thermoelectric leg 140 heat-treats a thermoelectric material to manufacture an ingot, grinds the ingot and sieves to obtain a powder for the thermoelectric leg, and then It can be obtained through the process of sintering and cutting the sintered body.
  • the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 may be polycrystalline thermoelectric legs.
  • the laminated P-type thermoelectric leg 130 or the laminated N-type thermoelectric leg 140 is formed by coating a paste containing a thermoelectric material on a sheet-shaped substrate to form a unit member, and then stacking the unit member and cutting the unit through the process. can be obtained
  • 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.
  • the height or cross-sectional area of the N-type thermoelectric leg 140 is calculated as the height or cross-sectional area of the P-type thermoelectric leg 130 . may be formed differently.
  • the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140 may have a cylindrical shape, a polygonal column shape, an elliptical column shape, or the like.
  • thermoelectric figure of merit ZT
  • Equation (1) The performance of the thermoelectric element according to an embodiment of the present invention may be expressed as a figure of merit (ZT).
  • ZT The thermoelectric figure of merit (ZT) can be expressed as in Equation (1).
  • ⁇ is the Seebeck coefficient [V/K]
  • ⁇ is the electrical conductivity [S/m]
  • ⁇ 2 ⁇ is the power factor [W/mK2].
  • T is the temperature
  • k is the thermal conductivity [W/mK].
  • k can be expressed as a ⁇ cp ⁇ , a is the thermal diffusivity [cm2/S], cp is the specific heat [J/gK], and ⁇ is the density [g/cm3].
  • thermoelectric figure of merit of the thermoelectric element In order to obtain the thermoelectric figure of merit of the thermoelectric element, a Z value (V/K) is measured using a Z meter, and a thermoelectric figure of merit (ZT) can be calculated using the measured Z value.
  • the lower electrode 120 is disposed between the lower substrate 110 and the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 , and the upper substrate 160 and the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 130 .
  • the upper electrode 150 disposed between the thermoelectric legs 140 includes at least one of copper (Cu), silver (Ag), aluminum (Al), and nickel (Ni), and has a thickness of 0.01 mm to 0.3 mm. can When the thickness of the lower electrode 120 or the upper electrode 150 is less than 0.01 mm, the function as an electrode may deteriorate and the electrical conduction performance may be lowered, and if it exceeds 0.3 mm, the conduction efficiency may be lowered due to an increase in resistance .
  • the lower substrate 110 and the upper substrate 160 facing each other may be a metal substrate, and the thickness thereof may be 0.1 mm to 1.5 mm.
  • the thickness of the metal substrate is less than 0.1 mm or exceeds 1.5 mm, heat dissipation characteristics or thermal conductivity may be excessively high, and thus the reliability of the thermoelectric element may be deteriorated.
  • the insulating layer 170 is respectively between the lower substrate 110 and the lower electrode 120 and between the upper substrate 160 and the upper electrode 150 . ) may be further formed.
  • the insulating layer 170 may include a material having a thermal conductivity of 1 to 20 W/mK.
  • the insulating layer 170 may be a resin composition including at least one of an epoxy resin and a silicone resin and an inorganic material, a layer made of a silicone composite including silicon and an inorganic material, or an aluminum oxide layer.
  • the inorganic material may be at least one of oxides, nitrides, and carbides such as aluminum, boron, and silicon. A detailed description will be given later.
  • the sizes of the lower substrate 110 and the upper substrate 160 may be different. That is, the volume, thickness, or area of one of the lower substrate 110 and the upper substrate 160 may be larger than the volume, thickness, or area of the other.
  • the thickness may be a thickness in a direction from the lower substrate 110 to the upper substrate 160
  • the area may be an area in a direction perpendicular to a direction from the substrate 110 to the upper substrate 160 .
  • heat absorbing performance or heat dissipation performance of the thermoelectric element may be improved.
  • the volume, thickness, or area of the lower substrate 110 may be larger than at least one of the volume, thickness, or area of the upper substrate 160 .
  • the lower substrate 110 when the lower substrate 110 is disposed in a high temperature region for the Seebeck effect, when it is applied as a heating region for the Peltier effect, or a sealing material for protection from the external environment of the thermoelectric element to be described later is on the lower substrate 110 .
  • at least one of a volume, a thickness, and an area may be larger than that of the upper substrate 160 .
  • the area of the lower substrate 110 may be formed in a range of 1.2 to 5 times the area of the upper substrate 160 .
  • the area of the lower substrate 110 is formed to be less than 1.2 times that of the upper substrate 160, the effect on the improvement of heat transfer efficiency is not high. It can be difficult to maintain the basic shape of
  • a heat dissipation pattern for example, a concave-convex pattern
  • a concave-convex pattern may be formed on the surface of at least one of the lower substrate 110 and the upper substrate 160 . Accordingly, the heat dissipation performance of the thermoelectric element may be improved.
  • the concave-convex pattern is formed on a surface in contact with the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140 , bonding characteristics between the thermoelectric leg and the substrate may also be improved.
  • the thermoelectric element 100 includes a lower substrate 110 , a lower electrode 120 , a P-type thermoelectric leg 130 , an N-type thermoelectric leg 140 , an upper electrode 150 , and an upper substrate 160 .
  • a first sealing member may be further disposed between the lower substrate 110 and the upper substrate 160 . Accordingly, the lower electrode 120 , the P-type thermoelectric leg 130 , the N-type thermoelectric leg 140 , and the upper electrode 150 may be sealed from external moisture, heat, contamination, and the like.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a thermoelectric element, a first sealing member, and a second sealing member according to an embodiment of the present invention.
  • the thermoelectric element 1300 includes a first substrate 1310, a lower insulating layer 1320 disposed on the first substrate 1310, and a lower insulating layer ( A plurality of first electrodes 1330 disposed on the 1320 , a plurality of semiconductor structures 1340 and 1350 disposed on the plurality of first electrodes 1330 , and a plurality of second electrodes 1360 disposed on the semiconductor structure ), an upper insulating layer 1370 disposed on the plurality of second electrodes 1360 , and a second substrate 1380 disposed on the upper insulating layer 1370 .
  • the lower insulating layer 1320 may include a first insulating layer 1322 disposed on the first substrate 1310 and a second insulating layer 1324 disposed on the first insulating layer 1322 .
  • the semiconductor structures 1340 and 1350 may include a first semiconductor structure 1340 and a second semiconductor structure 1350 .
  • the first semiconductor structure 1340 may correspond to any one of the N-type thermoelectric leg and the P-type thermoelectric leg, and the second semiconductor structure 1350 may correspond to the other one.
  • the first semiconductor structure 1340 and the second semiconductor structure 1350 may be plural.
  • the upper insulating layer 1370 may include a third insulating layer 1372 disposed under the second substrate 1380 and a fourth insulating layer 1374 disposed under the third insulating layer 1372 .
  • the fourth insulating layer 1374 may be positioned between the third insulating layer 1372 and the second electrode 1360 .
  • first electrode 1330 and the second electrode 1360 may correspond to the lower electrode 120 and the upper electrode 150 described with reference to FIGS. 7 to 8 , respectively.
  • first substrate 1310 corresponds to the lower substrate 110
  • second substrate 1380 corresponds to the upper substrate 160
  • the lower insulating layer 1320 and the upper insulating layer 1370 are insulating layers. Since it corresponds to 170, the contents described in FIGS. 7 to 8 may be applied identically or similarly to the corresponding components except for the contents described below.
  • At least one of the first substrate 1310 and the second substrate 1380 may be a metal substrate.
  • at least one of the first substrate 1310 and the second substrate 1380 may be formed of at least one of aluminum, an aluminum alloy, copper, and a copper alloy.
  • the first substrate 1310 and the second substrate 1380 may be made of different materials.
  • a substrate requiring more withstand voltage performance among the first substrate 1310 and the second substrate 1380 may be made of an aluminum substrate
  • a substrate requiring more heat conduction performance may be made of a copper substrate.
  • thermoelectric element 1300 since power is connected to the electrode disposed on the low-temperature side of the thermoelectric element 1300 , higher withstand voltage performance may be required for the low-temperature side compared to the high-temperature side.
  • the high-temperature side of the thermoelectric element 1300 may be exposed to a high temperature, for example, about 180° C. or higher, and due to the different coefficients of thermal expansion of the electrode, the insulating layer, and the substrate, the electrode, insulation Delamination between the layer and the substrate can be problematic. Accordingly, the high-temperature side of the thermoelectric element 1300 may require higher thermal shock mitigation performance than the low-temperature side. Accordingly, the structure on the high temperature portion side and the structure on the low temperature portion side may be different.
  • connection of the electrode connection parts 1390 and 1391 to the first electrode 1330 disposed on the first substrate 1310 will be described with reference to FIG. 9 .
  • the lower insulating layer 1320 may be disposed on the first substrate 1310 , and the plurality of first electrodes 1330 may be disposed on the lower insulating layer 1320 .
  • the electrode connection parts 1390 and 1391 may include or be connected to the first connection unit 1392 and the second connection unit 1393 having different polarities.
  • the (+) terminal may be connected to the second connection unit 1393 .
  • the first connection unit 1392 of the electrode connection units 1390 and 1391 connects one of the plurality of first electrodes 1330 to a negative (-) terminal
  • the second connection unit 1393 includes the plurality of first electrodes 1330 .
  • the other one of the electrodes 1330 and the (+) terminal may be connected. Accordingly, the positions of the electrode connection parts 1390 and 1391 may affect the insulation resistance of the thermoelectric element 1300 .
  • first connection unit 1392 and the second connection unit 1393 may be connected to an electric wire or the like when the thermoelectric elements are connected in series or in parallel. Accordingly, the thermoelectric module can easily change the electrical connection relationship (eg, series or parallel).
  • the insulation resistance means an electrical resistance exhibited by the insulator when a predetermined voltage is applied, and the thermoelectric element 1300 must satisfy the predetermined insulation resistance.
  • the electrode connection parts 1390 and 1391 may extend to one side on the first substrate 1310 .
  • the electrode connection parts 1390 and 1391 are interposed between the first substrate 1310 and the second substrate 1380 , the lower insulating layer 1320 , the plurality of first electrodes 1330 , and the plurality of first semiconductor structures 1340 . and the plurality of second semiconductor structures 1350 , the plurality of second electrodes 1360 , and the upper insulating layer 1370 may be drawn out of the first sealing member disposed to surround it.
  • each of the first connection unit 1392 and the second connection unit 1393 may be a connector into which the conductive wire parts EL1 and EL2 are fitted in a detachable manner.
  • each of the electrode connection portions 1390 and 1391 , the first connection unit 1392 , and the second connection unit 1393 may be disposed outside the first sealing member and inside the second sealing member.
  • the conductive wires EL1 and EL2 may extend outside the thermoelectric element and pass through the second sealing member SL2 to be electrically connected to the above-described external wire. Accordingly, an electrical connection may be made between the circuit unit in the junction box and the thermoelectric element or the thermoelectric module.
  • the first sealing member SL1 may be positioned inside the electrode connection parts 1390 and 391 or the conductive wire parts EL1 and EL2 to surround the inner semiconductor structures 1340 and 1350 .
  • each of the first connection unit 1392 and the second connection unit 1393 may be sealed with a resin including silicone. Accordingly, the insulation resistance and withstand voltage performance of the thermoelectric element can be further improved.
  • the lower insulating layer 1320 is disposed under the plurality of first electrodes 1330 and the electrode connection parts 1390 and 1391 on the first substrate 1310 , and the first electrode 1330 and the electrode connection parts 1390 and 1391 are disposed on the first substrate 1310 . ) can have a larger area. Accordingly, the first electrode 1330 and the electrode connection parts 1390 and 1391 may overlap the lower insulating layer 1320 in the vertical direction (X-axis direction).
  • the lower insulating layer 1320 may have a larger area than the upper insulating layer 1370 . Accordingly, the lower insulating layer 1320 may partially overlap the upper insulating layer 1370 in the vertical direction (X-axis direction).
  • the first insulating layer 1322 may include a composite including silicon and aluminum.
  • the composite may be an organic-inorganic composite composed of an alkyl chain and an inorganic material containing an Si element and an Al element, and may be at least one of an oxide, a carbide, and a nitride containing silicon and aluminum.
  • the composite may include at least one of an Al-Si bond, an Al-O-Si bond, a Si-O bond, an Al-Si-O bond, and an Al-O bond.
  • the composite including at least one of an Al-Si bond, an Al-O-Si bond, a Si-O bond, an Al-Si-O bond, and an Al-O bond has excellent insulation performance, and thus high withstand voltage performance can get
  • the composite may be an oxide, carbide, or nitride that further contains titanium, zirconium, boron, zinc, or the like along with silicon and aluminum.
  • the composite may be obtained through a heat treatment process after mixing aluminum with at least one of an inorganic binder and an organic/inorganic mixed binder.
  • the inorganic binder may include, for example, at least one of silica (SiO 2 ), metal alkoxide, boron oxide (B 2 O 3 ), and zinc oxide (ZnO 2 ).
  • Inorganic binders are inorganic particles, but when they come in contact with water, they become sol or gel, which can serve as a binding agent.
  • at least one of silica (SiO 2 ), metal alkoxide, and boron oxide (B 2 O 3 ) serves to increase the adhesion between aluminum or the adhesion with the first substrate 1310
  • zinc oxide (ZnO 2 ) is the second 1 It may serve to increase the strength of the insulating layer 1322 and increase the thermal conductivity.
  • the second insulating layer 1324 may be formed of a resin layer including at least one of an epoxy resin composition including an epoxy resin and an inorganic filler, and a silicone resin composition including polydimethylsiloxane (PDMS). Accordingly, the second insulating layer 1324 may improve insulation, bonding strength, and heat conduction performance between the first insulating layer 1322 and the first electrode 1330 .
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • the inorganic filler may be included in 60 to 80 wt% of the resin layer.
  • the thermal conductivity effect may be low, and when the inorganic filler is included in more than 80wt%, it is difficult for the inorganic filler to be evenly dispersed in the resin, and the resin layer may be easily broken.
  • the epoxy resin may include an epoxy compound and a curing agent.
  • the curing agent may be included in a volume ratio of 1 to 10 with respect to 10 volume ratio of the epoxy compound.
  • the epoxy compound may include at least one of a crystalline epoxy compound, an amorphous epoxy compound, and a silicone epoxy compound.
  • the inorganic filler may include at least one of aluminum oxide and nitride.
  • the nitride may include at least one of boron nitride and aluminum nitride.
  • the content (eg, weight ratio) of silicon in the first insulating layer 1322 is determined by the second insulating layer 1324 .
  • the content of the silicon is higher than the content of silicon, and the content of aluminum in the second insulating layer 1324 may be higher than the content of aluminum in the first insulating layer 1322 .
  • silicon in the first insulating layer 1322 may mainly contribute to the improvement of the withstand voltage performance
  • the aluminum oxide in the second insulating layer 1324 may mainly contribute to the improvement of the heat conduction performance.
  • both the first insulating layer 1322 and the second insulating layer 1324 have insulating performance and thermal conductivity, but the withstand voltage performance of the first insulating layer 1322 is the withstand voltage performance of the second insulating layer 1324 .
  • the heat-conducting performance of the second insulating layer 1324 may be higher than that of the first insulating layer 1322 .
  • the second insulating layer 1324 is formed by applying a resin composition in an uncured state or semi-cured state to the first insulating layer 1322, and then disposing and pressing a plurality of first electrodes 1330 arranged in advance. can be formed in this way. Accordingly, a portion of the side surfaces of the plurality of first electrodes 1330 may be buried in the second insulating layer 1324 .
  • the thickness of the second insulating layer 1324 may change to correspond to the first electrode 1330 .
  • the second insulating layer 1324 may include a concave portion having an upper surface concave toward the second substrate 1380, and may be concave in a direction perpendicular to the concave portion facing outward of the first sealing member SL1. there is.
  • the second insulating layer 1324 may have a first thickness T1 in a region overlapping the first electrode 1330 in the vertical direction (or in the first direction) and a region between the adjacent first electrode 1330 ( 1330g), the second thickness T2 may be different.
  • the first thickness T1 in the area overlapping the first electrodes 1330 in the vertical direction (or in the first direction) may be smaller than the second thickness T2 in the area 1330g between the adjacent first electrodes 1330 .
  • the coupling force between the second insulating layer 1324 and the first electrode 1330 may be improved, and an electrical short between the adjacent first electrodes 1330 may be prevented.
  • the contact area between the first electrode 1330 and the second insulating layer 1324 is increased, heat transfer performance through the first electrode 1330 and the second insulating layer 1324 may be improved.
  • the upper surface of the second insulating layer 1324 may be convex toward the lower portion, that is, the first insulating layer 1322 .
  • the upper surface of the second insulating layer 1324 may be concave toward the upper portion, that is, the first electrode 1330 .
  • the second insulating layer 1324 may include a convex portion whose upper surface is convex toward the first substrate 1310 , and the convex portion may be the same as the concave portion of the above-described second insulating layer 1324 .
  • the convex portions of the second insulating layer 1324 may be convex in a direction perpendicular to the convex portions convex toward the inner side of the first sealing member SL1 .
  • the thickness of the fourth insulating layer 1374 may be changed to correspond to the second electrode 1360 .
  • the fourth insulating layer 1374 may have a third thickness in a region overlapping the second electrode 1360 in the vertical direction (or in the first direction) and a fourth thickness in the region between the adjacent second electrode 1360 .
  • the thickness may be different.
  • the third thickness in the area overlapping the second electrode 1360 in the vertical direction (or the first direction) may be smaller than the fourth thickness in the area between the adjacent second electrodes 1360 .
  • the bonding force between the fourth insulating layer 1374 and the second electrode 1360 may be improved, and an electrical short between adjacent second electrodes 1360 may be prevented.
  • the contact area between the second electrode 1360 and the fourth insulating layer 1374 is increased, heat transfer performance through the second electrode 1330 and the fourth insulating layer 1374 may be improved.
  • the bottom surface of the fourth insulating layer 1374 may be concave toward the bottom, that is, the second electrode 1360 .
  • the bottom surface of the fourth insulating layer 1374 may be convex toward the top, that is, the third insulating layer 1372 .
  • the upper insulating layer 1370 may be disposed between the second electrode 1360 and the second substrate 1380 .
  • the description of the first insulating layer 1322 may be applied to the third insulating layer 1372
  • the description of the second insulating layer 1324 may be applied to the fourth insulating layer 1374 . there is.
  • the area of the upper insulating layer 1370 may be larger than the total area of the plurality of second electrodes 1360 . Accordingly, the plurality of second electrodes 1360 may overlap the upper insulating layer 1370 in a vertical direction (X-axis direction).
  • the plurality of second electrodes 1360 may be disposed to face the plurality of first electrodes 1330 with the plurality of first semiconductor structures 1340 and the plurality of second semiconductor structures 1350 interposed therebetween.
  • the plurality of first electrodes 1330 and the plurality of second electrodes 1360 may be electrically connected through the plurality of first semiconductor structures 1340 and the plurality of second semiconductor structures 1350 .
  • the plurality of first electrodes 1330 and the plurality of second electrodes 1360 may be connected in series.
  • each of the plurality of second electrodes 1360 may be arranged in the same shape under the second substrate 1380 or the upper insulating layer 1370 .
  • the first substrate 1310 may include a substrate hole positioned outside the lower insulating layer 1320 .
  • the substrate hole may include a first substrate hole 1310h1 and a second substrate hole 1310h2 .
  • the thermoelectric element 1300 or the first substrate 1310 may be coupled to the first heat-conducting member 1100 through the first substrate hole 1310h1 and the second substrate hole 1310h2 through a screw or the like.
  • the first sealing member SL1 may include a first region S1 in contact with the first insulating layer 1322 and a second region S2 in contact with the second insulating layer 1324 . That is, in the first region S1 , the first sealing member SL1 is in contact with the first insulating layer 1322 , and may overlap the second insulating layer 1324 in the first direction (X-axis direction). . Also, in the second region S2 , the first sealing member SL1 is in contact with the second insulating layer 1324 , and may overlap the second insulating layer 1324 in the first direction (X-axis direction).
  • first insulating layer 1322 includes a first insulating part 1322a that vertically overlaps with the second insulating layer 1324 and a second insulating part 1322b that does not vertically overlap with the second insulating layer 1324 .
  • first insulating part 1322a that vertically overlaps with the second insulating layer 1324
  • second insulating part 1322b that does not vertically overlap with the second insulating layer 1324 .
  • the first sealing member SL1 may be positioned between the lower insulating layer 1320 and the upper insulating layer 1370 between the first substrate 1310 and the second substrate 1380 .
  • first region S1 of the first sealing member SL1 is positioned on the second insulating part 1322b, and the second region S2 of the first sealing member SL1 is positioned on the first insulating part 1322a.
  • first sealing member SL1 may contact the first insulating layer 1322 and the second insulating layer 1324 . Accordingly, it is possible to block all moisture or foreign substances passing through the first insulating layer 1322 or the second insulating layer 1324 , and both the first insulating layer 1322 and the second insulating layer 1324 are in contact with the lower insulating layer 1324 . Adhesion between the layers 1320 may be improved.
  • the contents of the first insulating layer 1322 may be applied to the third insulating layer 1372
  • the contents of the second insulating layer 1324 may be equally applied to the fourth insulating layer 1374 .
  • the first sealing member SL1 is in contact with at least one of the first insulating layer 1322 , the third insulating layer 1372 , and the fourth insulating layer 1374 to make the first insulating layer 1322 . And it may be located between the at least one.
  • the first sealing member SL1 contacts at least one of the first insulating layer 13322 and the second insulating layer 1324 and the third insulating layer 1372 to insulate the third insulating layer from at least one. It may be located between the layers 1372 .
  • the first sealing member SL1 may be positioned along an edge of the first substrate 1310 or the second substrate 1380 in the thermoelectric element 1300 .
  • the first sealing member SL1 may have a closed loop shape on a plane YZ perpendicular to the first direction (X-axis direction). Accordingly, the first sealing member SL1 may surround the first electrode 1330 , the semiconductor structures 1340 and 1350 , and the second electrode 1360 .
  • the first electrode 1330 , the semiconductor structures 1340 , 1350 , and the second electrode 1360 include a lower insulating layer 1320 disposed below, an upper insulating layer 1370 and a first disposed thereon. Since it is sealed by the sealing member SL1, the penetration of moisture from foreign substances into the interior can be prevented.
  • the first sealing member SL1 may have an inwardly convex structure between the lower insulating layer 1320 and the upper insulating layer 1370 .
  • the outer surface SL1a of the first sealing member SL1 may have a curvature toward the inner semiconductor structure.
  • the center of the outer surface eg, a vertical bisecting point
  • the center of the outer surface is inside the outer surface of the lower insulating layer 1320 or the upper insulating layer 1370 than the contact point. can be located in That is, the center of the outer surface may be located closer to the semiconductor structure than both ends (points in contact with the lower insulating layer or the upper insulating layer) of the outer surface.
  • the first sealing member SL1 may have an outwardly concave structure.
  • the first It may be spaced apart from the sealing member SL1.
  • the second sealing member SL2 may be disposed to extend from the outer surface 1310s of the first substrate 1310 to the outer surface of the second substrate 1380 . Accordingly, the first sealing member SL1 may not press the second sealing member SL2 to the outside. In addition, separation between the second sealing member SL2 and the first substrate 1310 or between the second sealing member SL2 and the second substrate 1380 may be prevented.
  • the second sealing member SL2 may be disposed on the outside of the first sealing member SL1 to contact the outer surface 1310s of the first substrate 1310 and the outer surface 1380s of the second substrate 1380 . there is.
  • the second sealing member SL2 may also have a closed loop structure in a plane perpendicular to the first direction.
  • the second sealing member SL2 includes the first sealing member SL1, at least a portion of the first substrate 1310, the lower insulating layer 1320, the first electrode 1330, the semiconductor structures 1340 and 1350, It may be positioned to surround the second electrode 1360 , the upper insulating layer 1370 , and the second substrate 1380 .
  • the first electrode 1330 , the semiconductor structures 1340 and 1350 , the second electrode 1360 , the upper insulating layer 1370 , and the first sealing member SL1 form the lower first substrate 1310 and the upper It may be sealed by the second substrate 1380 and the second sealing member SL2 . That is, the second sealing member SL2 may further shield the lower insulating layer, the upper insulating layer, and the first sealing member SL1 from the components shielded by the first sealing member SL1 . Accordingly, moisture resistance of the thermoelectric module may be further improved. Accordingly, it is possible to easily prevent moisture or other foreign substances from penetrating into the thermoelectric module, which are generated by heat generated in a heat transport pipe disposed underground or the like.
  • the second sealing member SL2 may have an outer surface SL2a having a curvature toward the inner semiconductor structure or the first sealing member SL1 .
  • the second sealing member SL2 may have a structure convex toward the inside or concave toward the outside.
  • the inner surface SL2b of the second sealing member SL2 may also have a structure convex toward the inside or concave toward the outside, like the inner surface SL1b of the first sealing member SL1 .
  • one of the first sealing member SL1 or the second sealing member SL2 may be convex outwardly.
  • thermoelectric module 1000 may include a gap GP disposed between the first sealing member SL1 and the second sealing member SL2 . That is, as the outer surface SL1a of the first sealing member SL1 and the inner surface SL2b of the second sealing member SL2 are spaced apart from each other, the gap GP is formed between the first sealing member SL1 and the second sealing member SL1. It may be located between the sealing members SL2.
  • the gap GP may be a spaced apart space between the first sealing member SL1 and the second sealing member SL2 .
  • a fluid (including liquid, gas, etc.) may exist in the space GP, which is a space.
  • the void GP may be filled with air.
  • the gap GP may be in a vacuum state.
  • the first sealing member SL1 and the second sealing member SL2 may be spaced apart from each other to form a predetermined space. And due to this, heat dissipation can be easily performed. And with this configuration, even if distortion occurs due to a difference in thermal expansion coefficient between components in the thermoelectric module, the second sealing member is disposed on the outside of the concave outer surface of the first sealing member, so that moisture penetration from the outside can be suppressed. Furthermore, the gap between the first sealing member and the second sealing member suppresses deformation and cracks due to thermal expansion, thereby effectively suppressing penetration of external moisture or contaminants into the thermoelectric element. In addition, even when the first sealing member SL1 and the second sealing member SL2 are in contact with each other, the aforementioned gap GP may exist.
  • air located in the gap GP may contact the lower insulating layer 1320 or the upper insulating layer 1370 .
  • the first sealing member SL1 is in contact with the upper insulating layer and the lower insulating layer, is located between the upper insulating layer and the lower insulating layer, or between the first substrate and the second substrate, and the second sealing member SL2 is the second sealing member SL2. Since it is in contact with the outer surface of the first substrate and the outer surface of the second substrate, the height of the first sealing member SL1 may be smaller than the height of the second sealing member S12.
  • FIG. 11 is a view in which a second heat-conducting member is removed from the thermoelectric module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is an enlarged view of part K in FIG. 11
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line II′′ in FIG. 12
  • FIG. 14 is a perspective view of a thermoelectric module according to an embodiment of the present invention.
  • thermoelectric element 1300 is coupled to the first heat-conducting member 1100 , thereby suppressing movement of the thermoelectric element 1300 . Accordingly, as the thermoelectric element 1300 moves, a phenomenon in which heat is not efficiently transferred from the first and second tubes described above may be suppressed.
  • thermoelectric module when the coupling member SC is fastened to the first heat-conducting member 1100 having a relatively low temperature, the occurrence of structural deformation such as distortion due to heat can be suppressed compared to the case in which the coupling member SC is fastened to the second heat-conducting member having a high temperature. Accordingly, the reliability of the thermoelectric module may be improved.
  • the second heat-conducting member which is relatively high in temperature, is fastened through the coupling member SC, warpage may occur due to high temperature, and power generation performance may deteriorate due to heat loss. Accordingly, since the thermoelectric module according to the embodiment prevents the above-described warpage and performance degradation, it is possible to provide improved reliability and power generation performance.
  • a bonding member may be positioned between the second substrate 1380 and the second heat-conducting member. Accordingly, as described above, the second substrate 1380 and the second heat-conducting member may be coupled to each other.
  • the bonding member includes a thermally conductive material and may be formed of a paste.
  • thermoelectric module is disposed on the first substrate 1310 and includes electrode connection parts 1390 and 1391 electrically connected to the first electrode 1330 , and a connection unit connected to the electrode connection parts 1390 and 1391 . It may include conductive wires EL1 and EL2 electrically connected to 1392 and 1393 and the connection units 1392 and 1393 to be connected to the outside of the first substrate 1310 .
  • the connecting units 1392 and 1393 correspond to the first and second connecting units described above.
  • the electrode connection portions 1390 and 1391 may include an overlapping portion OVS, at least a portion of which vertically overlaps the first substrate 1310 and the second substrate 1380 .
  • the overlapping portion OVS may have a semiconductor structure or may contact the first electrode 1330 . Accordingly, the electrode connection portion may be electrically connected to the first electrode.
  • the first sealing member SL1 may surround at least a portion of the overlapping portion OVS.
  • the first sealing member SL1 may at least partially overlap the electrode connection parts 1390 and 1391 in a vertical direction. Accordingly, even if the electrode connection portions 1390 and 1391 extend outwardly in a region that does not vertically overlap with the second substrate 1380 on the first substrate 1310, the semiconductor structures 1340 and 1350 are protected from moisture. protection can be achieved.
  • connection units 1392 and 1393 may be surrounded by the second sealing member SL2.
  • the second sealing member SL2 is in contact with the outer surface of the first substrate 1310 and does not vertically (in the first direction) overlap the second substrate 1380 in the first substrate 1310 . may be in contact with the upper surface 1310a of the first substrate 1310 . In other words, the second sealing member SL2 may contact at least a portion of the upper surface 1310s of the first substrate 1310 .
  • the second sealing member SL2 may be disposed outside the electrode connection parts 1390 and 1391 and the connection units 1392 and 1393 described above.
  • the second sealing member SL2 may be in contact with the outer surface 1380s of the second substrate 1380 .
  • the first sealing member SL1 , the lower insulating layer 1320 , the first electrode 1330 , the semiconductor structure ( 1340 and 1350 , the second electrode 1360 and the upper insulating layer 1370 , the electrode connection parts 1390 and 1391 , and the connection units 1392 and 1393 may be sealed.
  • the first sealing member SL1 , the lower insulating layer 1320 , the first electrode 1330 , the semiconductor structures 1340 and 1350 , the second electrode 1360 and the upper insulating layer 1370 , and the electrode connection part 1390 . , 1391) and the connection units 1392 and 1393 may have improved moisture resistance by the second sealing member SL2.
  • the second sealing member SL2 may extend from the outer surface 1310s of the first substrate 1310 to the upper surface (the first surface M1 described above) of the first heat-conducting member 1100 .
  • the second sealing member SL2 may extend from the outer surface 1380s of the second substrate 1380 to the bottom surface (the second surface M2 described above) of the second heat-conducting member 1200 . Accordingly, the second sealing member SL2 is coupled to the thermoelectric element 1300 , the first heat-conducting member 1100 , and the second heat-conducting member 1200 , and coupling force between them can be improved.
  • the third sealing member SL3 may contact the first heat-conducting member 1100 and the second heat-conducting member 1200 .
  • the third sealing member SL3 may contact a side surface of the first heat-conducting member 1100 and a side surface of the second heat-conducting member 1200 .
  • the third sealing member SL3 surrounds the thermoelectric element 1300, the first sealing member SL1, and the second sealing member SL2 between the first heat-conducting member 1100 and the second heat-conducting member 1200.
  • the third sealing member SL3 may be coupled to the first heat-conducting member 1100 and the second heat-conducting member 1200 .
  • thermoelectric element 1300, the first sealing member SL1, and the second sealing member SL2 are a lower first heat-conducting member 1100, an upper second heat-conducting member 1200, and an outer third sealing member ( SL3) can be shielded. Accordingly, the thermoelectric module or the internal thermoelectric element may be protected from external foreign substances, moisture, and the like.
  • the third sealing member SL3 may surround the entire first heat-conducting member 1100 and the second heat-conducting member 1200 . Accordingly, the third sealing member SL3 may radiate heat to the first heat-conducting member 1100 and the second heat-conducting member 1200 .
  • thermoelectric element according to an embodiment of the present invention may be applied to a device for power generation, and the like. That is, the above-described content may be equally applied to a power generation device or various electric devices including a thermoelectric element according to an embodiment.
  • the power generation system may generate power through a heat source generated from waste heat pipes, such as a heat transport pipe, a storm pipe, a smelting pipe, a ship, an automobile, a power plant, geothermal heat, and the like.
  • waste heat pipes such as a heat transport pipe, a storm pipe, a smelting pipe, a ship, an automobile, a power plant, geothermal heat, and the like.
  • a plurality of power generation devices may be arranged to efficiently converge heat sources.

Abstract

실시예에 따르면 제1 열전도 부재; 제2 열전도 부재; 상기 제1 열전도 부재와 상기 제2 열전도 부재 사이에 배치되는 열전 소자; 상기 열전 소자의 외측에 배치된 제1 실링부재; 및 상기 제1 실링부재의 외측에 배치된 제2 실링부재를 포함하고, 상기 열전 소자는 제1 기판, 상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판, 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 배치된 반도체 구조물을 포함하고, 상기 제1 실링부재는 상기 제1 기판의 상면과 상기 제2 기판의 저면 사이에 배치되고, 상기 반도체 구조물을 향하여 볼록한 측면을 포함하고, 상기 제2 실링부재는 상기 제1 기판의 측면과 상기 제2 기판의 측면과 접촉하고,상기 제1 실링부재의 볼록한 측면과 상기 제2 실링부재 사이에 공극을 포함하는 열전 모듈을 개시한다.

Description

열전 모듈 및 이를 포함하는 발전 장치
본 발명은 열전 모듈 및 이를 포함하는 발전장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전 소자의 저온부와 고온부 간 온도 차를 이용하는 열전 모듈 및 이를 포함하는 발전장치에 관한 것이다.
열전현상은 재료 내부의 전자(electron)와 정공(hole)의 이동에 의해 발생하는 현상으로, 열과 전기 사이의 직접적인 에너지 변환을 의미한다.
열전 소자는 열전현상을 이용하는 소자를 총칭하며, P형 열전 재료와 N형 열전 재료를 금속 전극들 사이에 접합시켜 PN 접합 쌍을 형성하는 구조를 가진다.
열전 소자는 전기저항의 온도 변화를 이용하는 소자, 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제벡 효과를 이용하는 소자, 전류에 의한 흡열 또는 발열이 발생하는 현상인 펠티에 효과를 이용하는 소자 등으로 구분될 수 있다.
열전 소자는 가전제품, 전자부품, 통신용 부품 등에 다양하게 적용되고 있다. 예를 들어, 열전 소자는 냉각용 장치, 온열용 장치, 발전용 장치 등에 적용될 수 있다. 이에 따라, 열전 소자의 열전성능에 대한 요구는 점점 더 높아지고 있다.
열전 소자가 발전용 장치에 적용될 경우, 열전 소자의 저온부 측으로 제1 유체가 유동하도록 하고, 열전 소자의 고온부 측으로 제1 유체보다 고온의 제2 유체가 유동하도록 할 수 있다. 이에 따라, 열전 소자의 저온부와 고온부 간 온도 차에 의하여 전기가 생성될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 열전 소자의 저온부와 고온부 간 온도 차를 이용하는 열전 모듈 및 이를 포함하는 발전장치를 제공하는 것이다.
특히, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 열전 모듈 내에 상이한 위치에 복수의 실링부재가 배치됨으로써 신뢰성이 저하되지 않는 열전 모듈 또는 발전 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈은 제1 열전도 부재; 제2 열전도 부재; 상기 제1 열전도 부재와 상기 제2 열전도 부재 사이에 배치되는 열전 소자; 상기 열전 소자의 외측에 배치된 제1 실링부재; 및 상기 제1 실링부재의 외측에 배치된 제2 실링부재를 포함하고, 상기 열전 소자는 제1 기판, 상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판, 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 배치된 반도체 구조물을 포함하고, 상기 제1 실링부재는 상기 제1 기판의 상면과 상기 제2 기판의 저면 사이에 배치되고, 상기 반도체 구조물을 향하여 볼록한 측면을 포함하고 상기 제2 실링부재는 상기 제1 기판의 측면과 상기 제2 기판의 측면과 접촉하고, 상기 제1 실링부재의 볼록한 측면과 상기 제2 실링부재 사이에 공극을 포함한다.
상기 열전 소자는 상기 제1 기판 상에 배치되는 제1 절연층 및 상기 제1 절연층 상에 배치되는 제2 절연층을 더 포함하고, 상기 제1 실링부재는 상기 제1 절연층 및 상기 제2 절연층과 접촉할 수 있다.
상기 제1 실링부재는 상기 제1 절연층과 접촉하는 제1 영역; 및 상기 제2 절연층과 접촉하는 제2 영역;을 포함할 수 있다.
상기 제1 절연층은 상기 제2 절연층과 수직으로 중첩되는 제1 절연부, 및 상기 제2 절연층과 수직으로 중첩되지 않는 제2 절연부를 포함하고, 상기 제1 실링부재의 제1 영역은 상기 제2 절연부에 위치하고, 상기 제1 실링부재의 제2 영역은 상기 제1 절연부에 위치할 수 있다.
상기 제2 실링부재의 외측에 배치되는 제3 실링부재를 더 포함하고, 상기 제3 실링부재는 상기 제1 열전도 부재, 및 상기 제2 열전도 부재와 접촉하고, 상기 제1 실링부재, 상기 제2 실링부재 및 상기 제3 실링부재는 서로 이격될 수 있다.
상기 제1 실링부재와 상기 제2 실링부재는 서로 동일한 재질을 포함하고, 상기 제1 실링부재와 상기 제3 실링부재는 서로 다른 물질을 포함하고, 상기 제3 실링부재는 우레탄을 포함할 수 있다.
상기 제1 열전도 부재는 제1 유로와 연결되고, 상기 제2 열전도 부재는 제2 유로와 연결되고, 상기 제1 유로와 상기 제2 유로에 흐르는 유체의 온도는 서로 상이할 수 있다.
제1 실링부재의 외측면은 상기 반도체 구조물을 향하는 외측으로 오목할 수 있다.
상기 제2 절연층의 상면은 상기 제2 기판을 향해 오목한 오목부를 포함하고, 상기 제1 실링부재의 외측면과 상기 제2 절연층의 상면은 서로 수직한 방향으로 오목할 수 있다.
상기 제1 실링부재의 높이, 상기 제2 실링부재의 높이, 및 상기 제3 실링부재의 높이는 서로 다를 수 있다.
제1 기판 상에 배치되고 제1 전극과 전기적으로 연결되는 전극 연결부; 및 상기 전극 연결부와 연결되어 제1 기판의 외측으로 연장되는 도선부;를 더 포함할 수 있다.
상기 전극 연결부는 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판과 수직으로 중첩되는 중첩부를 포함하고, 상기 제1 실링부재는 상기 중첩부를 적어도 일부 둘러쌀 수 있다.
상기 전극 연결부 상에 배치되고 상기 도선부와 전기적으로 연결되는 연결 유닛;을 더 포함하고, 상기 제2 실링부재는 상기 연결 유닛을 둘러쌀 수 있다.
상기 제2 실링부재는 상기 제1 기판의 상면의 적어도 일부와 접촉할 수 있다.
상기 제3 실링부재는 상기 제1 열전도 부재 및 상기 제2 열전도 부재와 접촉할 수 있다.
상기 제3 실링부재의 폭은 상기 제1 실링부재의 폭보다 클 수 있다.
상기 제2 실링부재의 폭은 상기 제1 실링부재의 폭보다 클 수 있다.
상기 제2 실링부재는 상기 제1 기판의 외측면에서 연장되어 상기 제1 열전도 부재의 상면으로 연장되고, 상기 제2 기판의 외측면에서 연장되어 상기 제2 열전도 부재의 저면으로 연장될 수 있다.
상기 제2 실링부재는 상기 열전 소자와 상기 제1 열전도 부재, 및 상기 제2 열전도 부재를 결합할 수 있다.
상기 제3 실링부재는 상기 제1 열전도 부재와 상기 제2 열전도 부재를 결합할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 조립이 간단하면서도 온도차 향상에 따른 발전성능이 우수한 열전 모듈을 갖는 발전장치를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 신뢰성이 개선된 열전 모듈을 제공할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 실드부재를 열전 모듈에 배치하는 공정이 단순하며, 열전 모듈이 수분, 열 또는 기타 오염물질로부터 보호될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자 또는 열전 모듈은 소형으로 구현되는 애플리케이션뿐만 아니라 열 수송관, 우수관, 소융관 등의 폐열 파이프, 차량, 선박, 제철소, 소각로 등과 같이 대형으로 구현되는 애플리케이션에서도 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈을 포함하는 발전 장치의 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈을 포함하는 발전 장치의 분해 사시도이고,
도 3a는 도 1에서 AA'로 절단된 단면도이고,
도 3b는 도 1에서 B부분의 확대도이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈의 분해 사시도이고,
도 5 및 도 6는 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈의 제1 열전도 부재 및 제2 열전도 부재에 대한 도면이고,
도 7는 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈에 포함되는 열전 소자의 단면도이고,
도 8는 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈에 포함되는 열전 소자의 개념도이고,
도 9은 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자, 제1 실링부재 및 제2 실링부재의 분해 사시도이고,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자, 제1 실링부재 및 제2 실링부재의 단면도이고,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈에서 제2 열전도 부재가 제거된 도면이고,
도 12은 도 11에서 K부분의 확대도이고,
도 13는 도 12에서 II"의 단면도이고,
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈의 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
먼저, 본 발명의 열전 장치(또는 열전 모듈)는 발전장치 또는 발전장치로 이루어진 발전 시스템 등에 이용될 수 있다. 예컨대, 발전시스템은 발전장치(열전 모듈 또는 열전 소자를 포함함) 및 유체관을 포함하며, 유체관으로 유입되는 유체는 열 수송관, 우수관, 소융관 등의 폐열 파이프 등에서 발생되는 열원일 수 있다. 다만, 이러한 내용에 제한되는 것은 아니다.
예컨대, 유체관은 제1 유체관 및 제1 유체관보다 고온의 유체가 유동하는 제2 유체관을 포함할 수 있으며, 열전모듈은 제1 유체관 및 제2 유체관 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 유체관 내에 유동되는 유체의 온도는 80℃이하, 바람직하게는 60℃이하, 더욱 바람직하게는 50℃일 수 있으며, 제2 유체관 내에 유동되는 유체의 온도는 100℃이상, 바람직하게는 200℃이상, 더욱 바람직하게는 220℃내지 250℃일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니고, 열전 소자의 저온부 및 고온부 간 온도 차에 따라 다양하게 적용될 수 있다. 그리고 발전장치는 유체관과 인접하게 배치되어 유체의 에너지를 이용하여 발전을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈을 포함하는 발전 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈을 포함하는 발전 장치의 분해 사시도이고, 도 3a는 도 1에서 AA'로 절단된 단면도이고, 도 3b는 도 1에서 B부분의 확대도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전 모듈(1000)을 포함하는 발전 장치 또는 발전 시스템은 제1 유로(P1), 제2 유로(P2), 제1 조절부(LB1), 제2 조절부(LB2) 및 열전 모듈(1000)을 포함할 수 있다.
제1 유로(P1)와 제2 유로(P2)는 유체(E1, E2)가 이동할 수 있는 공간을 갖는 파이프(pipe)일 수 있다. 제1 유로(P1)에는 제1 유체(E1)가 소정의 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 제2 유로(P2)에는 제2 유체(E2)가 소정의 방향으로 이동할 수 있다. 예컨대, 제1 유체(E1)는 제2 방향(Y축 방향)의 반대 방향 또는 제2 방향으로 이동할 수 있다. 마찬가지로, 제2 유로(P2)의 제2 유체(E2)는 제2 방향(Y축 방향)의 반대 방향 또는 제2 방향(Y축 방향)으로 이동할 수 있다.
그리고 제1 유로(P1)와 제2 유로(P2)는 제1 방향(X축 방향)으로 서로 이격 배치될 수 있다. 본 명세서에서 제1 방향(X축 방향)은 제1 유로(P1)에서 제2 유로(P2)를 향한 방향 또는 후술하는 제1 전도부(TT1)에서 제2 전도부(TT2)를 향한 방향일 수 있다. 그리고 제2 방향(Y축 방향)은 제1 방향(X축 방향)에 수직한 방향으로 제1 유로(P1) 또는 제2 유로(P2)의 연장 방향일 수 있다. 그리고 제3 방향(Z축 방향)은 제1 방향(X축 방향) 및 제2 방향(Y축 방향)에 수직한 방향일 수 있다. 여기서, 각 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향은 서로 수직인 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않고, 각 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향은 서로 소정의 각도를 가질 수 있다. 또한, 실시예로 제1 유로(P1)와 제2 유로(P2)는 제1 방향(X축 방향)에 수직한 면(YZ)으로 단면이 원형으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 형상을 가질 수 있다.
그리고 제1 유체(E1)는 온도가 제2 유체(E2)의 온도보다 낮을 수 있다. 이에, 제1 유로(P1)는 저온부일 수 있고, 제2 유로(P2)는 고온부일 수 있다. 이에, 제1 유로(P1)와 인접하고 제1 유로(P1)로부터 열이 전도되는 열전 소자의 제1 기판이 저온부가 되며, 제2 유로(P2)와 인접하고 제2 유로(P2)로부터 열이 전도되는 열전 소자의 제2 기판이 고온부가 될 수 있다. 이하 이를 기준으로 설명한다.
제1 조절부(LB1)는 제1 유로(P1)와 결합될 수 있다. 제1 조절부(LB1)는 제1 유로(P1) 내에서 제1 유체(E1)가 흐르는 양을 조절할 수 있다. 제1 조절부(LB1)는 사용자에 의해 회전력에 의해 구동하며, 제1 유로(P1)가 개폐되거나 단면상(YZ평면)으로 면적이 감소 또는 증가할 수 있다. 이에 따라, 예를 들어 제1 유체(E1)가 도면과 같이 제2 방향(Y축 방향)의 반대 방향으로 흐르는 경우, 제1 조절부(LB1)를 통과하기 전의 제1 유체(E1a)의 양과 제1 조절부(LB1)를 통과한 후의 제1 유체(E1b)의 양이 서로 같거나 다르게 조절될 수 있다.
마찬가지로, 제2 조절부(LB2)는 제2 유로(P2)와 결합될 수 있다. 제2 조절부(LB2)는 제2 유로(P2) 내에서 제2 유체(E2)가 흐르는 양을 조절할 수 있다. 제2 조절부(LB2)는 사용자에 의해 회전력에 의해 구동하며, 제2 유로(P2)가 개폐되거나 단면상(YZ평면)으로 면적이 감소 또는 증가할 수 있다. 이에 따라, 예를 들어 제2 유체(E2)가 도면과 같이 제2 방향(Y축 방향)에 반대 방향으로 흐르는 경우, 제2 조절부(LB2)를 통과하기 전의 제2 유체(E2a)의 양과 제2 조절부(LB2)를 통과한 후의 제2 유체(E2b)의 양이 서로 같거나 다르게 조절될 수 있다.
제1 전도부(TT1)는 제1 유체(E1)가 이동하는 제1 유로(P1)로부터 연장될 수 있다. 예컨대, 제1 전도부(TT1)는 제1 유로(P1)로부터 열 전달을 위해, 제1 유로(P1)와 연결될 수 있다.
그리고 제2 전도부(TT2)는 제1 유체(E1)의 온도보다 높은 제2 유체(E2)가 이동하는 제2 유로(P2)와 접할 수 있다. 예컨대, 제2 전도부(TT2)는 제2 유로(P2)로부터 연장되고, 제2 유로(P2)로부터 열 전달을 위해 제2 유로(P2)와 연결될 수 있다.
또한, 열전 모듈(1000)은 제1 전도부(TT1)와 제2 전도부(TT2) 사이에 배치될 수 있다. 열전 모듈(1000)은 제1 전도부(TT1)와 제2 전도부(TT2)에 접할 수 있다. 즉, 열전 모듈(1000)은 제1 유로(P1)와 제2 유로(P2) 각각으로부터 열전달받을 수 있다. 예컨대, 열전 모듈(1000)의 제1 열전도 부재는 저온의 제1 유로(P1)로부터 연장될 수 있고, 열을 전달받을 수 있다. 그리고 열전 모듈(1000)의 제2 열전도 부재는 고온의 제2 유로(P2)로부터 연장될 수 있고, 제2 유로(P2)로부터 열을 전달 받을 수 있다.
열전 모듈(1000)은 제1 열전도 부재와 제2 열전도 부재의 외측을 둘러싸는 제3 실링부재를 포함할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.
그리고 열전 모듈(1000)은 외측 예컨대, 제1 전도부(TT1) 또는 제2 전도부(TT2) 중 어느 하나에 배치되는 정션 박스(JB)를 포함할 수 있다. 정션 박스(JB)는 열전 모듈(1000)의 열전 소자와 전기적으로 연결될 수 있다. 열전 소자는 저온부와 고온부의 온도차 즉, 제1 기판과 제2 기판의 온도차와 내부 저항에 따라 출력 전압이 결정될 수 있다. 그리고 최대 전력은 출력 전압과 내부 저항 그리고 부하에 따라 상이할 수 있다. 이에, 정션 박스(JB)에는 열전 소자의 내부 저항에 대응하도록 부하를 설정하는 회로부 등을 포함할 수 있다. 이에, 열전 소자의 발전에 의해 외부로 최대 전력이 전달될 수 있다. 예컨대, 회로부는 열전 소자의 내부 저항과 동일하도록 부하를 조절하여 부하로 최대 전력을 전달할 수 있다. 또한, 이러한 부하에는 외부 소자(예로, 배터리)와 전기적으로 연결될 수 있고, 부하 양단의 전압이 외부 소자에 인가됨으로써 발전된 전기 에너지가 외부 소자에 충전될 수 있다.
이하, 제1 전도부(Tt1)와 제2 전도부(TT2)에 대해 구체적으로 설명한다.
제1 전도부(TT1)는 제1 유로(P1)를 둘러싸는 제1 클램프(TT1a), 제1 클램프(TT1a)에서 열전 모듈(1000)을 향해 연장되는 제1 연장부(TT1b)를 포함할 수 있다. 나아가, 제1 전도부(TT1)는 제1 클램프(TT1a)와 제1 유로(P1)의 결합력 개선을 위한 제1 체결부재(TT1f)를 더 포함할 수 있다.
제1 클램프(TT1a)는 제1-1 클램프(TT1aa)와 제1-2 클램프(TT1ab)를 포함할 수 있다. 제1-1 클램프(TT1aa)와 제1-2 클램프(TT1ab)는 제1 클램프(TT1a)에서 제1 방향(X축 방향)에 수직한 면(YZ)으로 분할된 부재일 수 있다. 이에, 제1-1 클램프(TT1aa)는 제1 유로(P1)와 제2 유로(P2) 사이에 배치될 수 있다. 또는 제1-1 클램프(TT1aa)는 제1-2 클램프(TT1ab) 대비 열전 모듈(1000)과 인접하게 위치할 수 있다.
제1-1 클램프(TT1aa)는 제1 유로(P1)의 외면에 대응하는 형상의 내측면(TT1aar)을 가질 수 있다. 이에, 제1-1 클램프(TT1aa)의 내측면(TT1aar)은 제1 유로(P1)의 일면과 접하고, 제1 유로(P1)의 일면을 둘러쌀 수 있다.
그리고 제1-1 클램프(TT1aa)는 제1-2 클램프(TT1bb)와 결합하기 위한 제1-1 홀(TT1aah)을 포함할 수 있다. 제1-1 홀(TT1aah)은 상부 또는 하부에 위치할 수 있다.
제1-2 클램프(TT1ab)는 제1 유로(P1)의 외면에 대응하는 형상의 내측면(TT1abr)을 가질 수 있다. 제1-1 클램프(TT1aa)와 같이, 제1-2 클램프(TT1ab)의 내측면(TT1abr)은 제1 유로(P1)의 다른 면과 접하고, 제1 유로(P1)의 다른 면을 둘러쌀 수 있다. 이에, 제1-1 클램프(TT1aa)와 제1-2 클램프(TT1ab)는 제1 유로(P1)와 접하면서 제1 유로(P1)를 둘러쌀 수 있다. 이로써, 제1-1 클램프(TT1aa)와 제1-2 클램프(TT1ab)는 제1 유로(P1) 내의 제1 유체(E1)로부터 에너지(예로, 온도)를 제공받을 수 있다.
또한, 제1-2 클램프(TT1ab)는 제1-1 클램프(TT1aa)와 결합하기 위한 제1-2 홀(TT1abh)을 포함할 수 있다. 제1-2 홀(TT1abh)은 제1 유로(P1)의 상부 또는 하부에 위치할 수 있다. 제1-1 홀(TT1aah)과 제1-2 홀(TT1abh)은 제1 방향(X축 방향)으로 중첩되게 위치할 수 있다. 나아가, 제1-1 홀(TT1aah)은 제1 유로(P1)의 상부와 하부에 배치되어 제3 방향(Z축 방향)으로 중첩되거나, 일부가 어긋나도록 배치될 수 있다. 마찬가지로, 제1-2 홀(TT1abh)은 제1 유로(P1)의 상부와 하부에 배치되어 제3 방향(Z축 방향)으로 중첩되거나, 일부가 어긋나도록 배치될 수 있다.
그리고 제1 체결부재(TT1f)는 상술한 제1-1 홀(TT1aab)과 제1-2 홀(TT1abh)을 관통할 수 있다. 이에, 제1-1 클램프(TT1aa)와 제1-2 클램프(TT1ab) 간의 결합력이 확보되고, 제1-1 클램프(TT1aa)와 제1 유로(P1) 사이 또는 제1-2 클램프(TT1ab)와 제1 유로(P1) 사이의 체결력이 향상될 수 있다. 즉, 제1 유로(P1) 또는 후술하는 제2 유로(P2) 등에 제1 전도부를 용이하게 체결할 수 있으므로, 조립 용이성이 향상될 수 있다.
나아가, 제1-1 클램프(TT1aa)와 제1-2 클램프(TT1ab)는 열전도성이 높은 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제1-1 클램프(TT1aa)와 제1-2 클램프(TT1ab)는 금속을 포함할 수 있다.
제1 연장부(TT1b)는 제1-1 클램프(TT1aa)에서 제1 방향(X축 방향)으로 연장될 수 있다. 제1 연장부(TT1b)는 제1-1 클램프(TT1aa)와 일체로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제1-1 클램프(TT1aa)와 제1 연장부(TT1b)는 일체로 이루어지고, 제1-2 클램프(TT1ab)는 제1-1 클램프(TT1aa) 및 제1 연장부(TT1b)와 분리된 상태에서 제1 체결부재(TT1f)를 통해 서로 결합될 수 있다. 이에, 상술한 바와 같이 조립의 용이성이 향상될 수 있다.
또한, 제1 연장부(TT1b)는 제2 전도부(TT2)를 향한 제1 단부면(TT1bs)을 가질 수 있다. 제1 단부면(TT1bs)은 열전 모듈(1000)과 접할 수 있다. 또는 제1 단부면(TT1bs)과 열전 모듈(1000) 사이에는 열전도성 재질로 이루어진 전도 패드 등이 추가로 배치될 수 있다.
제2 전도부(TT2)는 제2 유로(P2)를 둘러싸는 제2 클램프(TT2a), 제2 클램프(TT2a)에서 열전 모듈(1000)을 향해 연장되는 제2 연장부(TT2b)를 포함할 수 있다. 나아가, 제2 전도부(TT2)는 제2 클램프(TT2a)와 제2 유로(P2)의 결합력 확보를 위한 제2 체결부재(TT2f)를 더 포함할 수 있다.
제2 클램프(TT2a)는 제2-1 클램프(TT2aa)와 제2-2 클램프(TT2ab)를 포함할 수 있다. 제2-1 클램프(TT2aa)와 제2-2 클램프(TT2ab)는 제2 클램프(TT2a)에서 제2 방향(X축 방향)에 수직한 면(YZ)으로 분할된 부재일 수 있다. 이에, 제2-1 클램프(TT2aa)는 제1 유로(P1)와 제2 유로(P2) 사이에 배치될 수 있다. 또는 제2-1 클램프(TT2aa)는 제2-2 클램프(TT2ab) 대비 열전 모듈(1000)과 인접하게 위치할 수 있다.
제2-1 클램프(TT2aa)는 제2 유로(P2)의 외면에 대응하는 형상의 내측면(TT2aar)을 가질 수 있다. 이에, 제2-1 클램프(TT2aa)의 내측면(TT2aar)은 제2 유로(P2)의 일면과 접하고, 제2 유로(P1)의 일면을 둘러쌀 수 있다.
그리고 제2-1 클램프(TT2aa)는 제2-2 클램프(TT2bb)와 결합하기 위한 제2-1 홀(TT2aah)을 포함할 수 있다. 제2-1 홀(TT2aah)은 제2 유로(P2)의 상부 또는 하부에 위치할 수 있다.
제2-2 클램프(TT2ab)는 제2 유로(P2)의 외면에 대응하는 형상의 내측면(TT2abr)을 가질 수 있다. 제2-1 클램프(TT2aa)와 같이, 제2-2 클램프(TT2ab)의 내측면(TT2abr)은 제2 유로(P2)의 다른 면과 접하고, 제2 유로(P2)의 다른 면을 둘러쌀 수 있다. 이에, 제2-1 클램프(TT2aa)와 제2-2 클램프(TT2ab)는 제2 유로(P2)와 접하면서 제2 유로(P2)를 둘러쌀 수 있다. 이로써, 제2-1 클램프(TT2aa)와 제2-2 클램프(TT2ab)는 제2 유로(P2) 내의 제2 유체(E2)로부터 에너지(예로, 온도)를 제공받을 수 있다.
또한, 그리고 제2-2 클램프(TT2ab)는 제2-1 클램프(TT2aa)와 결합하기 위한 제2-2 홀(TT2abh)을 포함할 수 있다. 제2-2 홀(TT2abh)은 제2 유로(P2)의 상부 또는 하부에 위치할 수 있다. 제2-1 홀(TT2aah)과 제2-2 홀(TT2abh)은 제1 방향(X축 방향)으로 중첩되게 위치할 수 있다. 나아가, 제2-1 홀(TT2aah)은 제2 유로(P2)의 상부와 하부에 배치되어 제3 방향(Z축 방향)으로 중첩될 수 있다. 마찬가지로, 제2-2 홀(TT2abh)은 제2 유로(P2)의 상부와 하부에 배치되어 제3 방향(Z축 방향)으로 중첩될 수 있다.
그리고 제2 체결부재(TT2f)는 상술한 제2-1 홀(TT2aab)과 제2-2 홀(TT2abh)을 관통할 수 있다. 이에, 제2-1 클램프(TT2aa)와 제2-2 클램프(TT2ab) 간의 결합력이 확보되고, 제2-1 클램프(TT2aa)와 제2 유로(P1) 사이 또는 제2-2 클램프(TT2ab)와 제2 유로(P2) 사이의 체결력이 향상될 수 있다. 즉, 제2 유로(P2)에 제2 전도부를 용이하게 체결할 수 있으므로, 조립 용이성이 개선될 수 있다.
나아가, 제2-1 클램프(TT2aa)와 제2-2 클램프(TT2ab)는 열전도성이 높은 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제2-1 클램프(TT2aa)와 제2-2 클램프(TT2ab)는 금속을 포함할 수 있다.
제2 연장부(TT2b)는 제2-1 클램프(TT2aa)에서 제2 방향(X축 방향)으로 연장될 수 있다. 제2 연장부(TT2b)는 제2-1 클램프(TT2aa)와 일체로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제2-1 클램프(TT2aa)와 제2 연장부(TT2b)는 일체로 이루어지고, 제2-2 클램프(TT2ab)는 제2-1 클램프(TT2aa) 및 제2 연장부(TT2b)와 분리된 상태에서 제2 체결부재(TT2f)를 통해 서로 결합될 수 있다. 이에, 상술한 바와 같이 조립의 용이성이 향상될 수 있다.
또한, 제2 연장부(TT2b)는 제2 전도부(TT2)를 향한 제2 단부면(TT2bs)을 가질 수 있다. 제2 단부면(TT2bs)은 열전 모듈(1000)과 접할 수 있다.
또한, 상술한 제1 연장부(TT1b)와 제2 연장부(TT2b)는 제1 클램프(TT1a) 및 제2 클램프(TT2a)와 같이 열전도성 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제1 연장부(TT1b)와 제2 연장부(TT2b)는 금속을 포함할 수 있다.
열전 모듈(1000)은 상술한 바와 같이 제1 전도부(TT1)와 제2 전도부(TT2) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 열전 모듈(1000)은 복수 개의 열전 소자(1300)를 포함할 수 있다. 예컨대, 복수 개의 열전 소자(1300)는 직렬 또는 병렬로 서로 연결될 수 있다.
또한, 열전 모듈(1000)은 제1 열전도 부재가 제1 전도부(TT1)와 접하고, 제2 열전도 부재가 제2 전도부(TT2)와 접할 수 있다. 이에, 열전 소자의 하부 기판(예로, 저온부)은 제1 유로(P1)의 제1 유체(E1)에 의해 제1 전도부(TT1)로부터 전도된 열을 제공받을 수 있다. 또한, 열전 소자의 상부 기판(예로, 고온부)은 제2 유로(P2)의 제2 유체(E2)에 의해 제2 전도부(TT2)로부터 전도된 열을 제공받을 수 있다. 이에, 열전 모듈(1000)에서 열전 소자(1300)는 하부 기판과 상부 기판 사이에 발생한 온도 차로부터 발전할 수 있다. 이때, 발전된 전력은 배터리부(미도시)에 공급되거나, 별도의 전력 부품 또는 시스템을 구동하도록 적용될 수 있다. 이러한 열전 모듈(1000)에 대한 자세한 설명은 후술한다.
실시예에 따른 정션 박스(JB)는 제1 전도부(TT1)와 접할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 정션 박스(JB)는 상대적으로 온도가 낮은 상태를 유지하여 구동에 따른 발열을 최소화할 수 있다. 즉, 신뢰성이 개선될 수 있다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 실시예에 따른 열전 모듈(1000)에서, 열전 모듈(1000)로부터 제1 유로(P1)까지의 제1 최소 거리(L1)는 열전 모듈(1000)로부터 제2 유로(P2)까지의 제2 최소 거리(L2)보다 클 수 있다.
먼저, 저온의 제1 유로(P1)로부터 전도된 열은 제1 전도부(TT1)의 제1 단부면(TT1bs)까지 갈수록 온도의 변화가 발생할 수 있다. 그리고 고온의 제2 유로(P2)로부터 전도된 열은 제2 전도부(TT2)의 제2 단부면(TT2bs) 까지 갈수록 온도의 변화가 발생할 수 있다. 이 때, 열전 모듈(1000)에서 열전 소자(1300)의 발전 성능을 향상시키기 위해서는 열전 모듈(1000)과 접하는 제1 단부면(TT1bs)의 온도(저온)와 제2 단부면(TT2bs)의 온도(고온) 간의 온도차를 증가시켜야 한다.
이에, 실시예에 따른 열전 모듈(1000)에서 제2 유로(P2)까지의 제2 최소 거리(L2)는 열전 모듈(1000)에서 제1 유로(P1)까지의 제1 최소 거리(L1)보다 작으므로, 제2 유로(P2)와 제2 단부면(TT2bs) 간의 온도 변화량이 제1 유로(P1)와 제1 단부면(TT1bs) 간의 온도 변화량보다 작을 수 있다. 즉, 저온부인 제1 단부면(TT1bs)의 온도 변화량보다 고온부인 제2 단부면(TT2bs)의 온도 변화량을 최소화하여 열전 모듈(1000)의 열전 소자(1300)에 제공된 고온과 저온의 온도차를 향상시킬 수 있다. 따라서 발전 성능도 개선될 수 있다.
나아가 열전 모듈(1000)에서 제1 유로(P1)의 제1 중심(C1)까지의 거리(L3)는 열전 모듈(1000)에서 제2 유로(P2)의 제2 중심(C2)까지의 거리(L4)보다 클 수 있다. 또한, 제1-1 클램프(TT1aa)와 열전 모듈(1000) 간의 거리는 제2-1 클램프(TT2aa)와 열전 모듈(1000) 간의 거리보다 클 수 있다. 또한, 제1 연장부(TT1b)의 제1 방향(X축 방향)으로 길이는 제2 연장부(TT2b)의 제2 방향(X축 방향)으로 길이보다 클 수 있다.
또한, 열전 모듈(1000)은 최외측에 배치되는 제3 실링부재(SL3)를 포함할 수 있다. 제3 실링부재(SL3)는 적어도 일부가 제1 연장부(TT1b)와 제2 연장부(TT2b) 사이에 위치할 수 있다. 예컨대, 제3 실링부재(SL3)는 제1 단부면(TT1bs)과 제2 단부면(TT2bs) 사이에 위치하고, 제1 단부면(TT1bs) 및 제2 단부면(TT2bs)과 접촉할 수 있다. 또한, 제3 실링부재(SL3)의 최외측면은 제1 연장부(Tt1b)와 제2 연장부(TT2b)의 최외측과 동일면을 이룰 수 있다. 또는 제3 실링부재(SL3)의 최외측면은 제1 연장부(TT1b)의 외측면 및 제2 연장부(TT2b)의 외측면과 어긋나게 위치할 수 있다. 예컨대, 제3 실링부재(SL3)의 최외측면은 제1 연장부(TT1b)의 외측면 및 제2 연장부(TT2b)의 외측면과에 대해 내측에 위치할 수 있다. 또는 제3 실링부재(SL3)의 최외측면은 제1 연장부(TT1b)의 외측면 및 제2 연장부(TT2b)의 외측면에 대해 외측에 위치할 수 있다.
또한, 제3 실링부재(SL3)는 관통홀(SLH)을 포함할 수 있다. 그리고 관통홀(SLH)을 통해 열전 소자와 전기적으로 연결된 전선(EP1, EP2)이 외측의 정션 박스(JB)와 연결될 수 있다. 나아가, 이러한 전선(EP1, EP2)은 후술하는 도선부와 전기적으로 연결될 수 있다. 다시 말해, 열전 소자에 연결된 도선부도 제2 실링부재를 관통할 수 있다.
나아가, 실시예에 따른 열전 모듈(1000)에서 하나의 열전 소자의 중심을 내측으로 할 때, 제1 실링부재(SL1), 제2 실링부재(SL2) 및 제3 실링부재(SL3)는 외측을 향해 순차로 위치할 수 있다. 그리고 예컨대, 제1 실링부재(SL1), 제2 실링부재(SL2) 및 제3 실링부재(SL3)는 서로 이격 배치될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈의 분해 사시도이고, 도 5 및 도 6는 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈의 제1 열전도 부재 및 제2 열전도 부재에 대한 도면이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈(1000)은 제1 열전도 부재(1100), 제2 열전도 부재(1200), 열전 소자(1300), 차단부재(1400), 제1 실링부재(SL1), 제2 실링부재(SL2) 및 제3 실링부재(SL3)를 포함할 수 있다.
나아가, 실시예에 따른 열전 모듈(1000)에서 제1 열전도 부재(1100)는 제1 유로로부터 연장될 수 있다. 또는 제1 열전도 부재(1100)는 제1 유로로부터 열전달된 제1 전도부와 접촉할 수 있다. 또는 제1 열전도 부재(1100)는 내부에 형성된 관(이하 제1 관)을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 관은 제1 유로와 연결되어 제1 유로 내의 유체가 이동할 수 있다. 또한, 예를 들어 제1 관은 제1 유로에서 바이패스된 관에 연결될 수 있다. 이에, 제1 관에도 유체가 이동할 수 있으며, 유체는 제1 열전도 부재(1100)로 열을 전달할 수 있다.
마찬가지로, 제2 열전도 부재(1200)는 제2 유로로부터 연장될 수 있다. 또는 제2 열전도 부재(1200)는 제2 유로로부터 열전달된 제2 전도부와 접촉할 수 있다. 또는 제2 열전도 부재91200)는 내부에 형성된 관(이하 제2 관)을 포함할 수 있다. 예컨대, 제2 관은 제2 유로와 연결되어 제2 유로 내의 유체가 이동할 수 있다. 또한, 예를 들어 제2 관은 제2 유로에서 바이패스된 관에 연결될 수 있다. 이로써, 제2 관에도 유체가 이동할 수 있으며 유체는 제2 열전도 부재(1200)로 열을 전달할 수 있다.
이에 따라, 제1 유로와 제2 유로에 흐르는 유체 간의 온도는 서로 상이하므로, 제1 열전도 부재(1100)와 제2 열전도 부재(1200) 사이에는 유체로부터 전달된 열에너지 차이로 온도 차가 발생할 수 있다. 예를 들어, 제1 열전도 부재(1100)는 저온부이고, 제2 열전도 부재(1200)는 고온부일 수 있다. 나아가, 제1 열전도 부재(1100)와 인접하고 제1 열전도 부재(1100)으로부터 열이 전도되는 열전 소자의 제1 기판이 저온부가 되며, 제2 열전도 부재(1200)와 인접하고 제2 열전도 부재(1200)으로부터 열이 전도되는 열전 소자의 제2 기판이 고온부가 될 수 있다. 이하 이를 기준으로 설명한다.
그리고 제1 열전도 부재(1100)는 열전도성 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제1 열전도 부재(1100)는 금속 예로, 알루미늄을 포함할 수 있다. 이에, 제1 열전도 부재(1100)는 제1 유로를 통해 흐르는 제1 유체로부터 열을 전달받을 수 있다.
또한, 제2 열전도 부재(1200)는 열전도성 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제2 열전도 부재(1200)는 금속 예로, 알루미늄을 포함할 수 있다. 이에, 제2 열전도 부재(1200)는 제2 유로를 통해 흐르는 제2 유체로부터 열을 전달받을 수 있다.
또한, 제1 열전도 부재(1100)와 제2 열전도 부재(1200)는 제1 방향(X축 방향)으로 이격 배치될 수 있다. 그리고 열전 소자(1300)는 제1 열전도 부재(1100)와 제2 열전도 부재(1200) 사이에 배치될 수 있다.
제1 열전도 부재(1100) 내에는 상술한 회로부 등이 위치할 수 있다. 이에, 제1 열전도 부재(1100)가 저온 상태를 가지므로 회로부의 구동에 의한 발열이 발생하더라도 제1 열전도 부재(1100)에 의해 회로부의 발열이 억제될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 상술한 바와 같이 외부에 정션 박스가 배치될 수도 있다.
나아가, 제1 열전도 부재(1100)는 제1 에지홈(G1)을 포함할 수 있다. 제1 에지홈(G1)은 제1 열전도 부재(1100)가 제2 열전도 부재(1200)와 마주하는 제1 면(M1)에 위치할 수 있다. 제1 에지홈(G1)에는 후술하는 차단부재(1400)가 배치될 수 있다. 차단부재(1400)는 내열성 및 내습성 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 차단부재(1400)는 고무 등으로 이루어질 수 있다. 그리고 이러한 제1 에지홈(G1)은 열전 소자(1300) 외측에 배치될 수 있다. 실시예로, 제1 에지홈(G1)은 제1 열전도 부재(1100)의 제1 면(M1)의 가장자리를 따라 배치될 수 있다. 그리고 제1 에지홈(G1)은 제1 방향에 수직한 면(YZ)으로 폐루프 형상일 수 있다. 이에 따라, 제1 에지홈(G1)에 배치된 차단부재(1400)를 통해, 열전 소자(1300)가 차단부재(1400)에 의해 둘러싸일 수 있다. 이로써, 열전 소자(1300)는 차단부재(1400)뿐만 아니라, 제1 열전도 부재(1100) 및 제2 열전도 부재(1200)에 의해 차폐될 수 있다. 예컨대, 열전 소자(1300) 하부에는 제1 열전도 부재(1100)가 위치하고, 열전 소자(1300)의 상부에는 제2 열전도 부재(1200)가 위치하고, 열전 소자(1300)의 외측에는 차단부재(1400)가 위치할 수 있다. 즉, 열전 소자(1300)는 제1 열전도 부재(1100), 제2 열전도 부재(1200) 및 차단부재(1400)가 형성하는 내측영역에 위치할 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 열전 모듈의 내습성이 개선될 수 있다.
나아가, 제2 열전도 부재(1200)는 제2 에지홈(G2)을 포함할 수 있다. 제2 에지홈(G2)은 제2 열전도 부재(1200)가 제1 열전도 부재(1100)와 마주하는 제2 면(M2)에 위치할 수 있다. 제2 에지홈(G2)에는 차단부재(1400)가 배치될 수 있다. 그리고 제2 에지홈(G2)은 제1 에지홈(G1)과 마주하게 배치될 수 있다. 또한, 제2 에지홈(G2)은 제1 에지홈(G1)과 제1 방향(X축 방향)으로 적어도 일부 중첩되게 위치할 수 있다. 이에 따라, 제1 에지홈(G2)과 제2 에지홈(G2) 사이에 도포된 차단부재(1400)에 의해 열전 모듈의 내습성이 개선될 수 있다.
마찬가지로, 제2 에지홈(G2)은 열전 소자(1300) 외측에 배치될 수 있다. 실시예로, 제2 에지홈(G2)은 제2 열전도 부재(1200)의 제2 면(M2)의 가장자리를 따라 배치될 수 있다. 그리고 제2 에지홈(G2)은 제1 방향에 수직한 면(YZ)으로 폐루프 형상일 수 있다. 이에 따라, 열전 소자(1300)가 차단부재(1400)에 의해 둘러싸일 수 있다.
열전 소자(1300)는 제1 열전도 부재(1100)와 제2 열전도 부재(1200) 사이에 배치될 수 있다. 그리고 열전 소자(1300)는 복수 개일 수 있으며, 복수 개의 열전 소자(1300)는 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 복수 개의 열전 소자(1300)는 직렬 또는 병렬로 서로 연결될 수 있다. 이를 위해, 복수 개의 열전 소자(1300)의 일측에는 열전 소자 간의 전기적 연결을 위한 연결 보드(BD)가 추가로 배치될 수 있다.
또한, 열전 소자(1300)는 하부 기판(또는 제1 기판)과 상부 기판(또는 제2 기판) 중 어느 하나가 제1 열전도 부재(1100)와 접하고, 다른 하나가 제2 열전도 부재(1200)와 접할 수 있다. 이에, 열전 소자의 하부 기판(예로, 저온부)은 제1 유로에 의해 제1 열전도 부재(1100)로 전도된 열을 제공받을 수 있다. 또한, 열전 소자의 상부 기판(예로, 고온부)은 제2 유로에 의해 제2 열전도 부재(1200)로 전도된 열을 제공받을 수 있다. 이에, 열전 소자(1300)는 하부 기판과 상부 기판 사이에 발생한 온도 차로부터 발전할 수 있다. 이때, 발전된 전력은 배터리부(미도시)에 공급되거나, 별도의 전력 부품 또는 시스템을 구동하도록 적용될 수 있다. 이러한 열전 소자(1300)에 대한 자세한 설명은 후술한다.
차단부재(1400) 열전 소자(1300) 외측에서 제1 열전도 부재(1100) 또는 제2 열전도 부재(1200)의 가장자리를 따라 배치될 수 있다. 또한, 차단부재(1400)는 제1 열전도 부재(1100)와 제2 열전도 부재(1200) 사이에 배치될 수 있다. 예컨대, 차단부재(1400)는 제1 열전도 부재(1100) 또는 제2 열전도 부재(1200)의 가장자리로부터 소정 거리 이격되어 열전 소자(1300)를 둘러쌀 수 있다. 즉, 차단부재(1400)는 열전 소자(1300) 외측에 위치할 수 있다. 또한, 실시예로 차단부재(1400)는 제1 열전도 부재(1100)와 제2 열전도 부재(1200) 사이에서 최외측에 위치할 수 있다. 이러한 차단부재(1400)는 제1 방향에 수직한 면(YZ)에 대해 폐루프 구조를 가질 수 있다. 이로써, 외부의 습기, 이물질이 차단부재(1400) 내부의 열전 소자로 이동하는 것이 방지될 수 있다. 즉, 실시예에 따른 열전 모듈의 성능이 개선되고 신뢰성이 개선될 수 있다.
차단부재(1400)는 제1 열전도 부재(1100)와 제2 열전도 부재(1200) 사이에 배치된 열전 소자(1300)를 평면(YZ) 상에서 둘러쌀 수 있다. 다시 말해, 차단부재(1400)는 평면(YZ) 상 열전 소자(1300)의 주위 영역에 위치할 수 있다. 이에 따라, 열전 소자(1300)는 차단부재(1400)와 제2 방향(Y축 방향) 또는 제3 방향(Z축 방향)으로 중첩될 수 있다. 나아가, 차단부재(1400)가 제1 에지홈(G1)과 제2 에 위치하므로, 차단부재(1400)는 제1 방향으로 길이가 열전 소자(1300)의 제1 방향으로 길이보다 클 수 있다.
이로써, 열전 소자(1300)의 하부에는 제1 열전도 부재(1100)가 위치하고, 열전 소자(1300)의 상부에는 제2 열전도 부재(1200)가 위치하고, 열전 소자(1300)의 외측에는 차단부재(1400)가 위치할 수 있다. 즉, 열전 소자(1300)는 제1 열전도 부재(1100), 제2 열전도 부재(1200) 및 차단부재(1400)가 형성하는 내측영역에 위치할 수 있다.
그리고 제1 실링부재(SL1)는 열전 소자의 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치될 수 있다. 또한, 제1 실링부재(SL1)는 내습성 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제1 실링부재(SL1)는 에폭시 수지 및 실리콘 수지 중 적어도 하나를 포함하거나, 에폭시 수지 및 실리콘 수지 중 적어도 하나가 양면에 도포된 테이프를 포함할 수 있다.
제1 실링부재(SL1)는 제1 기판과 제2 기판 사이를 기밀하는 역할을 할 수 있다. 또한, 제1 실링부재(SL1)는 마감재, 마감층, 방수재, 방수층 등과 혼용될 수 있다.
또한, 제2 실링부재(SL2)는 제1 실링부재를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 실시예로, 제2 실링부재(SL2)는 제1 기판의 외측면과 제2 기판의 외측면과 접촉할 수 있다. 이로써, 제2 실링부재(SL2)는 제1 기판과 제2 기판의 외측면을 따라 내부의 제1 전극, 제2 전극, 반도체 구조물, 제1 실링부재를 둘러싸므로, 내부로 이물질, 수분 등이 침투하는 것을 방지할 수 있다.
제2 실링부재(SL2)는 제1 실링부재(SL1)와 같이 내습성 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제2 실링부재(SL2)는 에폭시 수지 및 실리콘 수지 중 적어도 하나를 포함하거나, 에폭시 수지 및 실리콘 수지 중 적어도 하나가 양면에 도포된 테이프를 포함할 수 있다. 또한, 제2 실링부재(SL2)도 마감재, 마감층, 방수재, 방수층 등과 혼용될 수 있다.
제3 실링부재(SL3)는 제2 실링부재(SL2)의 외측에 배치되어 제2 실링부재(SL2)를 둘러쌀 수 있다. 제3 실링부재(SL3)는 제1 열전도 부재(1100), 제2 열전도 부재(1200) 및 열전 소자(1300)의 외측에 배치되어, 제1 열전도 부재(1100) 및 제2 열전도 부재(1200)와 접촉할 수 있다. 이에, 제3 실링부재(SL3)는 제1 열전도 부재(1100), 제2 열전도 부재(1200) 및 열전 소자(1300)를 둘러쌀 수 있다. 이에, 제1 열전도 부재(1100)와 제2 열전도 부재(1200) 사이에 배치된 열전 소자(1300)로 이물질, 수분 등이 침투하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제3 실링부재(SL3)는 내습성 등의 재질로 이루어질 수 있다. 그리고 제1 실링부재(SL1)와 제2 실링부재(SL2)가 에폭시 또는 실리콘 등의 동일 재질로 이루어지는 반면에, 제3 실링부재(SL3)는 제1 실링부재(SL1) 또는 제2 실링부재(SL2)와 상이한 물질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 제3 실링부재(SL3)는 우레탄 재질로 이루어질 수 있다. 이로써, 제3 실링부재(SL3)는 제1 열전도 부재(1100)와 제2 열전도 부재(1200)로 전달된 열에 대한 유지를 수행할 수 있다.
실시예로, 제1 실링부재(SL1), 제2 실링부재(SL2) 및 제3 실링부재(SL3)는 서로 이격하여 배치될 수 있다. 그리고 제1 실링부재(SL1), 제2 실링부재(SL2) 및 제3 실링부재(SL3)는 제1 방향으로의 길이인 높이가 서로 상이할 수 있다. 제1 실링부재(SL1), 제2 실링부재(SL2) 및 제3 실링부재(SL3)의 높이는 제1 실링부재(SL1), 제2 실링부재(SL2) 및 제3 실링부재(SL3)의 위치에 대응하여 변경될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 제1 실링부재(SL1), 제2 실링부재(SL2) 및 제3 실링부재(SL3) 각각에서 이물질, 수분의 침투를 차단하므로 열전 모듈의 신뢰성이 더욱 향상될 수 있다. 이러한 위치 및 구조 대한 자세한 설명은 후술한다.
다른 예로, 제1 실링부재(SL1)와 제2 실링부재(SL2)는 서로 접촉할 수도 있으나 이하에서는 제1 실링부재(SL1), 제2 실링부재(SL2) 및 제3 실링부재(SL3) 각각이 서로 이격된 것을 기준으로 설명한다.
또한, 제1 실링부재(SL1), 제2 실링부재(SL2) 및 제3 실링부재(SL3)의 폭은 서로 상이할 수 있다. 여기서 폭은 제2 방향(Y축 방향) 또는 제3 방향(Z축 방향)으로 길이일 수 있다.
예컨대, 제3 실링부재(SL3)의 폭(W3)은 제2 실링부재(SL2)의 폭(W2)보다 클 수 있다. 그리고 제2 실링부재(SL2)의 폭(W2)은 제1 실링부재(SL1)의 폭(W1)보다 클 수 있다. 제1 실링부재(SL1), 제2 실링부재(SL2) 및 제3 실링부재(SL3)는 제1 방향으로 길이 즉, 높이가 상이하며 순차로 증가하는 바, 이에 대응하여 폭도 증가할 수 있다. 이로써, 제1 실링부재(SL1), 제2 실링부재(SL2) 및 제3 실링부재(SL3)는 각각이 접촉하는 구성에 대한 실링 및 결합을 용이학 ㅔ수행할 수 있다. 예컨대, 제3 실링부재(SL3)는 제1 열전도 부재(1100)와 제2 열전도 부재(1200)와 접촉하여 제1 열전도 부재(1100)와 제2 열전도 부재(1200)를 모두 둘러싸므로 제1 열전도 부재(1100), 제2 열전도 부재(1200) 및 열전 소자(1300)에 대한 방열, 밀봉을 용이하게 수행할 수 있다. 나아가, 제3 실링부재(SL3)는 제1 열전도 부재(1100)와 제2 열전도 부재(1200)와의 결합력도 개선될 수 있다.
도 7는 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈에 포함되는 열전 소자의 단면도이고, 도 8는 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈에 포함되는 열전 소자의 개념도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 열전 소자(100)는 하부 기판(110), 하부 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 상부 전극(150) 및 상부 기판(160)을 포함한다.
하부 전극(120)은 하부 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 하부 바닥면 사이에 배치되고, 상부 전극(150)은 상부 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 하부 전극(120) 및 상부 전극(150)에 의하여 전기적으로 연결된다. 하부 전극(120)과 상부 전극(150) 사이에 배치되며, 전기적으로 연결되는 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 단위 셀을 형성할 수 있다.
예를 들어, 리드선(181, 182)을 통하여 하부 전극(120) 및 상부 전극(150)에 전압을 인가하면, 펠티에 효과로 인하여 P형 열전 레그(130)로부터 N형 열전 레그(140)로 전류가 흐르는 기판은 열을 흡수하여 냉각부로 작용하고, N형 열전 레그(140)로부터 P형 열전 레그(130)로 전류가 흐르는 기판은 가열되어 발열부로 작용할 수 있다. 또는, 하부 전극(120) 및 상부 전극(150) 간 온도 차를 가해주면, 제벡 효과로 인하여 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 내 전하가 이동하며, 전기가 발생할 수도 있다.
여기서, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te)을 주원료로 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. P형 열전 레그(130)는 안티몬(Sb), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, P형 열전 레그(130)는 전체 중량 100wt%에 대하여 주원료물질인 Bi-Sb-Te를 99 내지 99.999wt%로 포함하고, 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 0.001 내지 1wt%로 포함할 수 있다. N형 열전 레그(140)는 셀레늄(Se), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, N형 열전 레그(140)는 전체 중량 100wt%에 대하여 주원료물질인 Bi-Se-Te를 99 내지 99.999wt%로 포함하고, 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 0.001 내지 1wt%로 포함할 수 있다.
P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 벌크형 또는 적층형으로 형성될 수 있다. 일반적으로 벌크형 P형 열전 레그(130) 또는 벌크형 N형 열전 레그(140)는 열전 소재를 열처리하여 잉곳(ingot)을 제조하고, 잉곳을 분쇄하고 체거름하여 열전 레그용 분말을 획득한 후, 이를 소결하고, 소결체를 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다. 이때, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 다결정 열전 레그일 수 있다. 이와 같이, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 다결정 열전 레그인 경우, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 강도가 높아질 수 있다. 적층형 P형 열전 레그(130) 또는 적층형 N형 열전 레그(140)는 시트 형상의 기재 상에 열전 소재를 포함하는 페이스트를 도포하여 단위 부재를 형성한 후, 단위 부재를 적층하고 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다.
이때, 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 동일한 형상 및 체적을 가지거나, 서로 다른 형상 및 체적을 가질 수 있다. 예를 들어, P형 열전 레그(130)와 N형 열전 레그(140)의 전기 전도 특성이 상이하므로, N형 열전 레그(140)의 높이 또는 단면적을 P형 열전 레그(130)의 높이 또는 단면적과 다르게 형성할 수도 있다.
이때, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 원통 형상, 다각 기둥 형상, 타원형 기둥 형상 등을 가질 수 있다.
본 발명의 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.
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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, 하부 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 하부 전극(120), 그리고 상부 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 상부 전극(150)은 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함하며, 0.01mm 내지 0.3mm의 두께를 가질 수 있다. 하부 전극(120) 또는 상부 전극(150)의 두께가 0.01mm 미만인 경우, 전극으로서 기능이 떨어지게 되어 전기 전도 성능이 낮아질 수 있으며, 0.3mm를 초과하는 경우 저항의 증가로 인하여 전도 효율이 낮아질 수 있다.
그리고, 상호 대향하는 하부 기판(110)과 상부 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, 하부 기판(110)과 상부 기판(160)이 금속 기판인 경우, 하부 기판(110)과 하부 전극(120) 사이 및 상부 기판(160)과 상부 전극(150) 사이에는 각각 절연층(170)이 더 형성될 수 있다. 절연층(170)은 1~20W/mK의 열전도도를 가지는 소재를 포함할 수 있다. 이때, 절연층(170)은 에폭시 수지 및 실리콘 수지 중 적어도 하나와 무기물을 포함하는 수지 조성물이거나, 실리콘과 무기물을 포함하는 실리콘 복합체로 이루어진 층이거나, 산화알루미늄층일 수 있다. 여기서, 무기물은 알루미늄, 붕소, 규소 등의 산화물, 질화물 및 탄화물 중 적어도 하나일 수 있다. 자세한 설명은 후술한다.
이때, 하부 기판(110)과 상부 기판(160)의 크기는 다르게 형성될 수도 있다. 즉, 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 중 하나의 체적, 두께 또는 면적은 다른 하나의 체적, 두께 또는 면적보다 크게 형성될 수 있다. 여기서, 두께는 하부 기판(110)으로부터 상부 기판(160)을 향하는 방향에 대한 두께일 수 있으며, 면적은 기판(110)으로부터 상부 기판(160)을 향하는 방향에 수직하는 방향에 대한 면적일 수 있다. 이에 따라, 열전 소자의 흡열 성능 또는 방열 성능을 높일 수 있다. 바람직하게는, 하부 기판(110)의 체적, 두께 또는 면적은 상부 기판(160)의 체적, 두께 또는 면적 중 적어도 하나 보다 더 크게 형성될 수 있다. 이때, 하부 기판(110)은 제벡 효과를 위해 고온영역에 배치되는 경우, 펠티에 효과를 위해 발열영역으로 적용되는 경우 또는 후술할 열전 소자의 외부환경으로부터 보호를 위한 실링재가 하부 기판(110) 상에 배치되는 경우에 상부 기판(160) 보다 체적, 두께 또는 면적 중 적어도 하나를 더 크게 할 수 있다. 이때, 하부 기판(110)의 면적은 상부 기판(160)의 면적대비 1.2 내지 5배의 범위로 형성할 수 있다. 하부 기판(110)의 면적이 상부 기판(160)에 비해 1.2배 미만으로 형성되는 경우, 열전달 효율 향상에 미치는 영향은 높지 않으며, 5배를 초과하는 경우에는 오히려 열전달 효율이 현저하게 떨어지며, 열전 장치의 기본 형상을 유지하기 어려울 수 있다.
또한, 하부 기판(110)과 상부 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. 열전 소자(100)는 하부 기판(110), 하부 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 상부 전극(150) 및 상부 기판(160)을 포함한다.
도시되지 않았으나, 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 사이에는 제1 실링부재가 더 배치될 수도 있다. 이에 따라, 하부 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140) 및 상부 전극(150)은 외부의 습기, 열, 오염 등으로부터 실링될 수 있다.
도 9은 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자의 분해 사시도이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자, 제1 실링부재 및 제2 실링부재의 단면도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자(1300)는 제1 기판(1310), 제1 기판(1310) 상에 배치된 하부 절연층(1320), 하부 절연층(1320) 상에 배치된 복수의 제1 전극(1330), 복수의 제1 전극(1330) 상에 배치된 복수의 반도체 구조물(1340, 1350), 반도체 구조물상에 배치된 복수의 제2 전극(1360), 복수의 제2 전극(1360) 상에 배치된 상부 절연층(1370) 및 상부 절연층(1370) 상에 배치된 제2 기판(1380)을 포함할 수 있다.
그리고 하부 절연층(1320)은 제1 기판(1310) 상에 배치되는 제1 절연층(1322), 제1 절연층(1322) 상에 배치되는 제2 절연층(1324)을 포함할 수 있다.
그리고 반도체 구조물(1340, 1350)은 제1 반도체 구조물(1340) 및 제2 반도체 구조물(1350)을 포함할 수 있다. 그리고 제1 반도체 구조물(1340)은 N형 열전 레그 및 P형 열전 레그 중 어느 하나에 대응하고, 제2 반도체 구조물(1350)은 다른 하나에 대응할 수 있다. 나아가, 제1 반도체 구조물(1340)과 제2 반도체 구조물(1350)은 복수 개일 수 있다.
또한, 상부 절연층(1370)은 제2 기판(1380) 하부에 배치되는 제3 절연층(1372) 및 제3 절연층(1372) 하부에 배치되는 제4 절연층(1374)을 포함할 수 있다. 제4 절연층(1374)은 제3 절연층(1372)과 제2 전극(1360) 사이에 위치할 수 있다.
또한, 제1 전극(1330), 제2 전극(1360)은 각각이 도 7 내지 8에서 설명한 하부 전극(120), 및 상부 전극(150)에 대응할 수 있다. 또한, 제1 기판(1310)은 하부 기판(110)에 대응하며, 제2 기판(1380)은 상부 기판(160)에 대응하고, 하부 절연층(1320)과 상부 절연층(1370)은 절연층(170)에 대응하므로, 해당 구성요소는 이하 설명하는 내용을 제외하고 도 7 내지 8에서 설명한 내용이 동일 또는 유사하게 적용될 수 있다.
또한, 제1 기판(1310) 및 제2 기판(1380) 중 적어도 하나는 금속 기판일 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(1310) 및 제2 기판(1380) 중 적어도 하나는 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리 및 구리 합금 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 제1 기판(1310) 및 제2 기판(1380)은 이종 소재로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 제1 기판(1310) 및 제2 기판(1380) 중 내전압 성능이 더 요구되는 기판은 알루미늄 기판으로 이루어지고, 열전도 성능이 더 요구되는 기판은 구리 기판으로 이루어질 수도 있다.
또한, 열전 소자(1300)의 저온부 측에 배치된 전극에 전원이 연결되므로, 고온부 측에 비하여 저온부 측에 더욱 높은 내전압 성능이 요구될 수 있다. 이에 반해, 열전 소자(1300)의 구동 시 열전 소자(1300)의 고온부 측은 고온, 예를 들어 약 180℃이상에 노출될 수 있으며, 전극, 절연층 및 기판의 서로 다른 열팽창 계수로 인하여 전극, 절연층 및 기판 간의 박리가 문제될 수 있다. 이에 따라, 열전 소자(1300)의 고온부 측은 저온부 측에 비하여 더욱 높은 열충격 완화 성능이 요구될 수 있다. 이에 따라, 고온부 측의 구조와 저온부 측의 구조를 다르게 할 수도 있다.
이하, 도 9를 참조하여 제1 기판(1310) 상에 배치된 제1 전극(1330)에 전극 연결부(1390, 1391)가 연결되는 것을 설명한다.
전술한 바와 같이, 제1 기판(1310) 상에 하부 절연층(1320)이 배치되고, 하부 절연층(1320) 상에 복수의 제1 전극(1330)이 배치될 수 있다.
그리고 전극 연결부(1390, 1391)는 극성이 서로 상이한 제1 연결 유닛(1392) 및 제2 연결 유닛(1393)을 포함 또는 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 연결 유닛(1392)에 (-) 단자가 연결되는 경우, 제2 연결 유닛(1393)에 (+) 단자가 연결될 수 있다. 예를 들어, 전극 연결부(1390, 1391)의 제1 연결 유닛(1392)은 복수의 제1 전극(1330) 중 하나와 (-) 단자를 연결하고, 제2 연결 유닛(1393)은 복수의 제1 전극(1330) 중 다른 하나와 (+) 단자를 연결할 수 있다. 이에 따라, 전극 연결부(1390, 1391)의 위치는 열전 소자(1300)의 절연저항에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 제1 연결 유닛(1392)과 제2 연결 유닛(1393)은 복수 개로 이루어져, 열전 소자 간에 연결이 직렬 또는 병렬로 이루어지는 경우에 전선 등에 연결될 수 있다. 이로써, 열전 모듈은 전기적 연결 관계 변경(예로, 직렬, 병렬)이 용이하게 이루어질 수 있다. 그리고 절연저항은 소정의 전압을 가했을 때 절연체가 나타내는 전기저항을 의미하며, 열전 소자(1300)는 소정의 절연저항을 만족하여야 한다.
실시예에 따르면, 전극 연결부(1390, 1391)가 제1 기판(1310) 상에서 일측으로 연장될 수 있다. 또한, 전극 연결부(1390, 1391)는 제1 기판(1310)과 제2 기판(1380) 사이에서 하부 절연층(1320), 복수의 제1 전극(1330), 복수의 제1 반도체 구조물(1340) 및 복수의 제2 반도체 구조물(1350), 복수의 제2 전극(1360) 및 상부 절연층(1370)을 둘러싸도록 배치되는 제1 실링부재의 외부로 인출될 수 있다.
그리고 제1 연결 유닛(1392) 및 제2 연결 유닛(1393) 각각은 도선부(EL1, EL2)이 착탈방식으로 끼워지는 커넥터일 수 있다. 전술한 바와 같이, 전극 연결부(1390, 1391), 제1 연결 유닛(1392) 및 제2 연결 유닛(1393) 각각은 제1 실링부재의 외부에서 그리고 제2 실링부재의 내부에 배치될 수 있다. 그리고 도선부(EL1, EL2)는 열전 소자 외측으로 연장되어 제2 실링부재(SL2)를 관통하여 상술한 외부의 전선과 전기적으로 연결될 수 있다. 이에, 정션 박스 내의 회로부와 열전 소자 또는 열전 모듈 간의 전기적 연결이 이루어질 수 있다. 다만, 제1 실링부재(SL1)는 전극 연결부(1390, 391) 또는 도선부(EL1, EL2) 등의 내측에 위치하여 내측의 반도체 구조물(1340, 1350)을 둘러쌀 수 있다.
또한, 제1 연결 유닛(1392) 및 제2 연결 유닛(1393) 각각은 실리콘을 포함하는 수지로 실링될 수 있다. 이에 따르면, 열전 소자의 절연저항 및 내전압 성능을 더욱 높일 수 있다.
또한, 하부 절연층(1320)은 제1 기판(1310) 상에서 복수 개의 제1 전극(1330)과 전극 연결부(1390, 1391) 하부에 배치되고, 제1 전극(1330) 및 전극 연결부(1390, 1391)보다 큰 면적을 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(1330) 및 전극 연결부(1390, 1391)는 하부 절연층(1320)과 수직 방향(X축 방향)으로 중첩될 수 있다.
하부 절연층(1320)은 면적이 상부 절연층(1370)보다 클 수 있다. 이에, 하부 절연층(1320)은 일부가 상부 절연층(1370)과 수직 방향(X축 방향)으로 중첩될 수 있다.
하부 절연층(1320)에서, 제1 절연층(1322)은 실리콘과 알루미늄을 포함하는 복합체(composite)를 포함할 수도 있다. 여기서, 복합체는 Si 원소와 Al 원소를 포함하는 무기물과 알킬 체인으로 구성된 유무기 복합체일 수 있으며, 실리콘과 알루미늄을 포함하는 산화물, 탄화물 및 질화물 중 적어도 하나일 수 있다. 예를 들어, 복합체는 Al-Si 결합, Al-O-Si 결합, Si-O 결합, Al-Si-O 결합 및 Al-O 결합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이와 같이, Al-Si 결합, Al-O-Si 결합, Si-O 결합, Al-Si-O 결합 및 Al-O 결합 중 적어도 하나를 포함하는 복합체는 절연 성능이 우수하며, 이에 따라 높은 내전압 성능을 얻을 수 있다. 또는, 복합체는 실리콘 및 알루미늄과 함께 티타늄, 지르코늄, 붕소, 아연 등을 더 포함하는 산화물, 탄화물, 질화물일 수도 있다. 이를 위하여, 복합체는 무기바인더 및 유무기 혼합 바인더 중 적어도 하나와 알루미늄을 혼합한 후 열처리하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다. 무기바인더는, 예를 들어 실리카(SiO2), 금속알콕사이드, 산화붕소(B2O3) 및 산화아연(ZnO2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 무기바인더는 무기입자이되, 물에 닿으면 졸 또는 겔화되어 바인딩의 역할을 할 수 있다. 이때, 실리카(SiO2), 금속알콕사이드 및 산화붕소(B2O3) 중 적어도 하나는 알루미늄 간 밀착력 또는 제1 기판(1310)과의 밀착력을 높이는 역할을 하며, 산화아연(ZnO2)은 제1 절연층(1322)의 강도를 높이고, 열전도율을 높이는 역할을 할 수 있다.
한편, 제2 절연층(1324)은 에폭시 수지 및 무기충전재를 포함하는 에폭시 수지 조성물 및 PDMS(polydimethylsiloxane)를 포함하는 실리콘 수지 조성물 중 적어도 하나를 포함하는 수지층으로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 제2 절연층(1324)은 제1 절연층(1322)과 제1 전극(1330) 간의 절연성, 접합력 및 열전도 성능을 향상시킬 수 있다.
여기서, 무기충전재는 수지층의 60 내지 80wt%로 포함될 수 있다. 무기충전재가 60wt%미만으로 포함되면, 열전도 효과가 낮을 수 있으며, 무기충전재가 80wt%를 초과하여 포함되면 무기충전재가 수지 내에 고르게 분산되기 어려우며, 수지층은 쉽게 깨질 수 있다.
그리고, 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. 무기충전재는 산화알루미늄 및 질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 질화물은, 질화붕소 및 질화알루미늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제2 절연층(1324)이 PDMS(polydimethylsiloxane) 수지 및 산화알루미늄을 포함하는 수지 조성물인 경우, 제1 절연층(1322) 내 실리콘의 함량(예를 들어, 중량비)은 제2 절연층(1324) 내 실리콘의 함량보다 높게 포함되고, 제2 절연층(1324) 내 알루미늄의 함량은 제1 절연층(1322) 내 알루미늄의 함량보다 높게 포함될 수 있다. 이에 따르면, 제1 절연층(1322) 내 실리콘이 내전압 성능 향상에 주로 기여하며, 제2 절연층(1324) 내 산화알루미늄이 열전도 성능 향상에 주로 기여할 수 있다. 이에 따라, 제1 절연층(1322) 및 제2 절연층(1324)이 모두 절연 성능 및 열전도 성능을 가지되, 제1 절연층(1322)의 내전압 성능은 제2 절연층(1324)의 내전압 성능보다 높고, 제2 절연층(1324)의 열전도 성능은 제1 절연층(1322)의 열전도 성능보다 높을 수 있다.
한편, 제2 절연층(1324)은 미경화 상태 또는 반경화 상태의 수지 조성물을 제1 절연층(1322) 상에 도포한 후, 미리 정렬된 복수의 제1 전극(1330)을 배치하고 가압하는 방식으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 복수의 제1 전극(1330)의 측면의 일부는 제2 절연층(1324) 내에 매립될 수 있다.
그리고 제2 절연층(1324)은 제1 전극(1330)에 대응하여 두께가 변할 수 있다. 실시예로, 제2 절연층(1324)은 상면이 제2 기판(1380)을 향하여 오목한 오목부를 포함하고, 제1 실링부재(SL1)의 외측을 향한 오목부와 수직한 방향으로 서로 오목할 수 있다. 예를 들어, 제2 절연층(1324)은 제1 전극(1330) 수직 방향(또는 제1 방향)으로 중첩된 영역에서의 제1 두께(T1)와 인접한 제1 전극(1330) 사이의 영역(1330g) 에서의 제2 두께(T2)가 상이할 수 있다. 제1 전극(1330) 수직 방향(또는 제1 방향)으로 중첩된 영역에서의 제1 두께(T1)는 인접한 제1 전극(1330) 사이의 영역(1330g) 에서의 제2 두께(T2)보다 작을 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 제2 절연층(1324)과 제1 전극(1330) 간의 결합력이 개선되고, 인접한 제1 전극(1330) 간의 전기적 단락(short)이 방지될 수 있다. 뿐만 아니라, 제1 전극(1330)과 제2 절연층(1324) 간의 접촉 면적이 증가하여 제1 전극(1330) 및 제2 절연층(1324)을 통한 열 전달 성능도 개선될 수 있다.
또한, 인접한 제1 전극(1330) 사이의 영역(1330g)에서 제2 절연층(1324)의 상면은 하부 즉, 제1 절연층(1322)을 향해 볼록할 수 있다. 또는 인접한 제1 전극(1330) 사이의 영역(1330g)에서 제2 절연층(1324)의 상면은 상부 즉, 제1 전극(1330)을 향해 오목할 수 있다. 즉, 제2 절연층(1324)은 상면이 제1 기판(1310)을 향하여 볼록한 볼록부를 포함할 수 있으며, 여기서 볼록부는 상술한 제2 절연층(1324)의 오목부와 같을 수 있다. 이에, 제2 절연층(1324)의 볼록부는 제1 실링부재(SL1)의 내측을 향해 볼록한 볼록부와 수직한 방향으로 서로 볼록할 수도 있다.
이러한 내용은 상부 절연층(1370)에도 동일하게 적용될 수 있다.즉, 제4 절연층(1374)은 제2 전극(1360)에 대응하여 두께가 변할 수 있다. 예를 들어, 제4 절연층(1374)은 제2 전극(1360) 수직 방향(또는 제1 방향)으로 중첩된 영역에서의 제3 두께와 인접한 제2 전극(1360) 사이의 영역 에서의 제4 두께가 상이할 수 있다. 제2 전극(1360) 수직 방향(또는 제1 방향)으로 중첩된 영역에서의 제3 두께는 인접한 제2 전극(1360) 사이의 영역에서의 제4 두께보다 작을 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 제4 절연층(1374)과 제2 전극(1360) 간의 결합력이 개선되고, 인접한 제2 전극(1360) 간의 전기적 단락(short)이 방지될 수 있다. 또한, 제2 전극(1360)과 제4 절연층(1374) 간의 접촉 면적이 증가하여 제2 전극(1330) 및 제4 절연층(1374)을 통한 열 전달 성능도 개선될 수 있다.
또한, 인접한 제2 전극(1360) 사이의 영역에서 제4 절연층(1374)의 저면은 하부 즉, 제2 전극(1360)을 향해 오목할 수 있다. 또는 인접한 제2 전극(1360) 사이의 영역에서 제4 절연층(1374)의 저면은 상부 즉, 제3 절연층(1372)을 향해 볼록할 수 잇다.
상부 절연층(1370)은 제2 전극(1360)과 제2 기판(1380) 사이에 배치될 수 있다. 상부 절연층(1370)에서 제3 절연층(1372)은 제1 절연층(1322)에서 설명한 내용이 적용되고, 제4 절연층(1374)은 제2 절연층(1324)에서 설명한 내용이 적용될 수도 있다.
그리고 상부 절연층(1370)의 면적은 복수 개의 제2 전극(1360)의 전체 면적보다 클 수 있다. 이에, 복수 개의 제2 전극(1360)은 상부 절연층(1370)과 수직 방향(X축 방향)으로 중첩될 수 있다.
또한, 복수 개의 제2 전극(1360)은 복수의 제1 반도체 구조물(1340) 및 복수의 제2 반도체 구조물(1350)을 사이에 두고 복수 개의 제1 전극(1330)과 마주보게 배치될 수 있다. 복수 개의 제1 전극(1330)과 복수 개의 제2 전극(1360)은 복수의 제1 반도체 구조물(1340) 및 복수의 제2 반도체 구조물(1350)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 제1 전극(1330)과 복수 개의 제2 전극(1360)은 직렬로 연결될 수 있다.
그리고 복수 개의 제2 전극(1360)은 각각이 제2 기판(1380) 또는 상부 절연층(1370) 하부에서 동일한 형상으로 나열될 수 있다.
나아가, 제1 기판(1310)은 하부 절연층(1320)의 외측에 위치하는 기판홀을 포함할 수 있다. 기판홀은 제1 기판홀(1310h1)과 제2 기판홀(1310h2)을 포함할 수 있다. 제1 기판홀(1310h1) 및 제2 기판홀(1310h2)을 통해 열전 소자(1300) 또는 제1 기판(1310)이 제1 열전도 부재(1100)와 스크류 등을 통해 체결될 수 있다.
또한, 제1 실링부재(SL1)는 제1 절연층(1322)과 접촉하는 제1 영역(S1), 및 제2 절연층(1324)과 접촉하는 제2 영역(S2)을 포함할 수 있다. 즉, 제1 영역(S1)은 제1 실링부재(SL1)가 제1 절연층(1322)과 접하는 면으로, 제1 방향(X축 방향)으로 제2 절연층(1324)과 중첩될 수 있다. 그리고 제2 영역(S2)은 제1 실링부재(SL1)가 제2 절연층(1324)과 접하는 면으로, 제1 방향(X축 방향)으로 제2 절연층(1324)과 중첩될 수 있다.
그리고 제1 절연층(1322)은 제2 절연층(1324)과 수직으로 중첩되는 제1 절연부(1322a) 및 제2 절연층(1324)과 수직으로 중첩되지 않는 제2 절연부(1322b)를 포함할 수 있다.
실시예로, 제1 실링부재(SL1)는 제1 기판(1310)과 제2 기판(1380) 사이에서 하부 절연층(1320)과 상부 절연층(1370) 사이에 위치할 수 있다.
또한, 제1 실링부재(SL1)의 제1 영역(S1)은 제2 절연부(1322b)에 위치하고, 제1 실링부재(SL1)의 제2 영역(S2)은 제1 절연부(1322a)에 위치할 수 있다. 이에 따라, 제1 실링부재(SL1)는 제1 절연층(1322) 및 제2 절연층(1324)과 접촉할 수 있다. 이로써, 제1 절연층(1322) 도는 제2 절연층(1324)을 통과하는 수분 또는 이물질을 모두 차단할 수 있으며, 제1 절연층(1322) 및 제2 절연층(1324)과 모두 접촉하여 하부 절연층(1320) 간의 접합력이 개선될 수 있다.
또한, 제1 절연층(1322)에 대한 내용은 제3 절연층(1372)에 적용되고, 제2 절연층(1324)에 대한 내용은 제4 절연층(1374)에도 동일하게 적용될 수 있다.
그리고 다른 실시예로, 제1 실링부재(SL1)는 제1 절연층(1322)과 제3 절연층(1372) 및 제4 절연층(1374) 중 적어도 하나와 접촉하여 제1 절연층(1322)과 상기 적어도 하나 사이에 위치할 수 있다.
또한, 변형예로, 제1 실링부재(SL1)는 제1 절연층(13322) 및 제2 절연층(1324) 중 적어도 하나와 제3 절연층(1372)에 접촉하여, 적어도 하나와 제3 절연층(1372) 사이에 위치할 수 있다.
또한, 제1 실링부재(SL1)는 열전 소자(1300)에서 제1 기판(1310) 또는 제2 기판(1380)의 가장자리를 따라 위치할 수 있다. 제1 실링부재(SL1)는 제1 방향(X축 방향)에 수직한 평면(YZ) 상으로 폐루프 형상일 수 있다. 이에, 제1 실링부재(SL1)는 제1 전극(1330), 반도체 구조물(1340, 1350) 및 제2 전극(1360)을 둘러쌀 수 있다. 다시 말해, 제1 전극(1330), 반도체 구조물(1340, 1350) 및 제2 전극(1360)은 하부에 배치된 하부 절연층(1320)과, 상부에 배치된 상부 절연층(1370) 및 제1 실링부재(SL1)에 의해 밀봉되므로, 외부로부터의 이물질 습기의 내부 침투가 방지될 수 있다.
나아가, 실시예에 따른 제1 실링부재(SL1)는 하부 절연층(1320)과 상부 절연층(1370) 사이에서 내측으로 볼록한 구조일 수 있다. 이에, 제1 실링부재(SL1)의 외측면(SL1a)은 내측의 반도체 구조물을 향해 곡률을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 실링부재(SL1)의 외측면에서 상기 외측면이 하부 절연층(1320) 또는 상부 절연층(1370)이 접하는 지점보다 상기 외측면의 중앙(예로, 수직 방향으로 이등분 지점)이 내측에 위치할 수 있다. 즉, 외측면의 중앙이 외측면의 양단(하부 절연층 또는 상부 절연층과 접하는 지점)보다 반도체 구조물에 인접하게 위치할 수 있다.제1 실링부재(SL1)는 외측으로 오목한 구조일 수 있다.
이에, 제1 실링부재(SL1)를 둘러싸는 제2 실링부재(SL2)가 제1 기판(1310)의 외측면(1310s) 및 제2 기판(1380)의 외측면(1380s)과 접촉하면서 제1 실링부재(SL1)와 이격될 수 있다. 예컨대, 제2 실링부재(SL2)는 제1 기판(1310)의 외측면(1310s)에서 제2 기판(1380)의 외측면까지 연장하여 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 실링부재(SL1)가 제2 실링부재(SL2)를 외측으로 가압하지 않을 수 있다. 그리고 제2 실링부재(SL2)와 제1 기판(1310) 간의 또는 제2 실링부재(SL2)와 제2 기판(1380) 간의 분리가 방지될 수 있다.
그리고 제2 실링부재(SL2)는 제1 실링부재(SL1)의 외측에 배치되어 제1 기판(1310)의 외측면(1310s)과 제2 기판(1380)의 외측면(1380s)에 접촉할 수 있다. 제2 실링부재(SL2)도 제1 방향에 수직한 평면으로 폐루프 구조일 수 있다. 또한, 제2 실링부재(SL2)는 제1 실링부재(SL1), 제1 기판(1310)의 적어도 일부, 하부 절연층(1320), 제1 전극(1330), 반도체 구조물(1340, 1350), 제2 전극(1360), 상부 절연층(1370), 제2 기판(1380)을 둘러싸도록 위치할 수 있다. 이로써, 제1 전극(1330), 반도체 구조물(1340, 1350), 제2 전극(1360), 상부 절연층(1370) 및 제1 실링부재(SL1)는 하부의 제1 기판(1310), 상부의 제2 기판(1380) 및 제2 실링부재(SL2)에 의해 밀봉될 수 있다. 즉, 제2 실링부재(SL2)는 제1 실링부재(SL1)에 의해 차폐된 구성 요소에 하부 절연층, 상부 절연층 및 제1 실링부재(SL1)를 추가로 더 차폐할 수 있다. 이에, 열전 모듈의 내습성 등이 더욱 향상될 수 있다. 이에, 지하 등에 배치되는 열 수송관에서 발생하는 열에 의해 발생하는 습기나 다른 이물질 등이 열전 모듈 내로 침투하는 것이 용이하게 방지될 수 있다.
또한, 제2 실링부재(SL2)는 제1 실링부재(SL1)와 같이 외측면(SL2a)이 내측의 반도체 구조물 또는 제1 실링부재(SL1)를 향해 곡률을 가질 수 있다. 예컨대, 제2 실링부재(SL2)는 내측을 향해 볼록한 또는 외측을 향해 오목한 구조일 수 있다. 마찬가지로, 제2 실링부재(SL2)의 내측면(SL2b)도 제1 실링부재(SL1)의 내측면(SL1b)과 같이 내측을 향해 볼록한 또는 외측을 향해 오목한 구조일 수 있다. 또는 제1 실링부재(SL1) 또는 제2 실링부재(SL2)는 어느 하나가 외측으로 볼록할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 열전 모듈(1000)은 제1 실링부재(SL1)와 제2 실링부재(SL2) 사이에 배치된 공극(GP)을 포함할 수 있다. 즉, 제1 실링부재(SL1)의 외측면(SL1a)과 제2 실링부재(SL2)의 내측면(SL2b)이 서로 이격 배치됨으로써, 공극(GP)이 제1 실링부재(SL1)와 제2 실링부재(SL2) 사이에 위치할 수 있다. 이러한 공극(GP)은 제1 실링부재(SL1)와 제2 실링부재(SL2) 간의 이격된 공간일 수 있다. 이러한 공간인 공극(GP)에는 유체(액체, 기체 등 포함)이 존재할 수 있다. 예컨대, 공극(GP)은 에어(air)로 채워질 수 있다. 또는 공극(GP)은 진공 상태일 수 있다. 이와 같이, 제1 실링부재(SL1)와 제2 실링부재(SL2)는 이격되고 소정의 공간을 형성할 수 있음을 이해해야 한다. 그리고 이로 인하여 방열이 용이하게 수행될 수 있다. 그리고 이러한 구성에 의하여, 열전 모듈에서 구성요소 간의 열팽창 계수 차이에 의한 뒤틀림이 발생하더라도 제1 실링부재의 오목한 외측면 외측에 제2 실링부재가 배치됨으로써, 외부로부터의 수분 침투를 억제할 수 있다. 나아가, 제1 실링부재와 제2 실링부재 사이의 공극이 열팽창에 의한 변형 및 크랙을 억제하여, 외부의 습기 또는 오염 물질이 열전 소자 내부로 침투하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 제1 실링부재(SL1)와 제2 실링부재(SL2)가 서로 접하는 경우에도 상술한 공극(GP)이 존재할 수 있다.
그리고 공극(GP)에 위치한 에어(air) 등은 하부 절연층(1320) 또는 상부 절연층(1370)과 접촉할 수 있다.
그리고 상술한 바와 같이 제1 실링부재(SL1)는 상부 절연층 및 하부 절연층과 접하며 상부 절연층 및 하부 절연층 사이 또는 제1 기판과 제2 기판 사이에 위치하고 제2 실링부재(SL2)는 제1 기판의 외측면 및 제2 기판의 외측면과 접하므로, 제1 실링부재(SL1)의 높이는 제2 실링부재(Sl2)의 높이보다 작을 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈에서 제2 열전도 부재가 제거된 도면이고, 도 12은 도 11에서 K부분의 확대도이고, 도 13는 도 12에서 II"의 단면도이고, 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 열전 모듈의 사시도이다.
도 11 내지 도 14를 참조하면, 실시예에 따른 열전 모듈의 제1 기판에서 제1 기판홀(1310h1)과 제2 기판홀(1310h2)은 스크류 등의 결합부재가 위치하여 제1 열전도 부재(1100)와 제1 기판이 서로 결합할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 제1 열전도 부재(1100) 내에 열전 소자(1300)가 결합함으로써, 열전 소자(1300)의 이동을 억제할 수 있다. 이에, 열전 소자(1300)가 이동함에 따라 상술한 제1 관 및 제2 관으로부터 열전달이 효율적으로 이루어지지 않는 현상이 억제될 수 있다.
그리고 결합부재(SC)가 상대적으로 저온인 제1 열전도 부재(1100)와 체결되어, 고온인 제2 열전도부재와 체결된 경우보다 열에 의한 뒤틀림 등의 구조 변형 발생이 억제될 수 있다. 이에 따라, 열전 모듈의 신뢰성이 개선될 수 있다. 뿐만 아니라, 상대적으로 고온인 제2 열전도 부재에 결합부재(SC)를 통한 체결이 이루어지는 경우 고온에 따른 휨 현상이 발생하고, 열 손실에 따른 발전 성능 저하가 발생할 수 있다. 이로써, 실시예에 따른 열전 모듈은 상술한 휨 현상 및 성능 저하를 방지하므로 개선된 신뢰성 및 발전 성능을 제공할 수 있다.
나아가, 제2 기판(1380)과 제2 열전도 부재 사이에는 접합 부재가 위치할 수 있다. 이에 따라, 상술한 바와 같이 제2 기판(1380)과 제2 열전도 부재는 서로 결합할 수 있다. 접합 부재는 열 전도성의 재질을 포함하며 페이스트(paste)로 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 열전 모듈은 제1 기판(1310) 상에 배치되고 제1 전극(1330)과 전기적으로 연결되는 전극 연결부(1390, 1391)와, 전극 연결부(1390, 1391)와 연결되는 연결 유닛(1392, 1393) 및 연결 유닛(1392, 1393)에 전기적으로 연결되어 제1 기판(1310)의 외측으로 연결되는 도선부(EL1, EL2)를 포함할 수 있다. 연결 유닛(1392, 1393)은 상술한 제1 연결 유닛 및 제2 연결 유닛에 대응한다.
전극 연결부(1390, 1391)은 적어도 일부가 제1 기판(1310) 및 제2 기판(1380)에 수직으로 중첩되는 중첩부(OVS)를 포함할 수 있다. 그리고 중첩부(OVS)는 반도체 구조물이 위치하거나 또는 제1 전극(1330)과 접촉할 수 있다. 이로써, 전극 연결부가 제1 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 실링부재(SL1)는 중첩부(OVS)의 적어도 일부를 둘러쌀 수 있다. 예컨대, 제1 실링부재(SL1)는 전극 연결부(1390, 1391)과 수직 방향으로 적어도 일부 중첩될 수 있다. 이에, 전극 연결부(1390, 1391)가 제1 기판(1310) 상에서 제2 기판(1380)과 수직으로 중첩되지 않는 영역 즉, 외측으로 연장되더라도, 반도체 구조물(1340, 1350)에 대해 습기 등으로부터의 보호가 이루어질 수 있다.
그리고 연결 유닛(1392, 1393)은 제2 실링부재(SL2)에 의해 둘러싸일 수 있다. 실시예로, 제2 실링부재(SL2)는 제1 기판(1310)의 외측면과 접하고, 제1 기판(1310)에서 제2 기판(1380)과 수직으로(제1 방향으로) 중첩되지 않는 영역에서 제1 기판(1310)의 상면(1310a)과 접촉할 수 있다. 다시 말해, 제2 실링부재(SL2)는 제1 기판(1310)의 상면(1310s)의 적어도 일부와 접촉할 수 있다. 나아가, 제2 실링부재(SL2)는 상술한 전극 연결부(1390, 1391) 및 연결 유닛(1392, 1393) 외측에 배치될 수 있다. 그리고 제2 실링부재(SL2)는 제2 기판(1380)의 외측면(1380s)과 접할 수 있다. 이에, 제2 실링부재(SL2), 제1 기판(1310) 및 제2 기판(1380)에 의해 제1 실링부재(SL1), 하부 절연층(1320), 제1 전극(1330), 반도체 구조물(1340, 1350), 제2 전극(1360) 및 상부 절연층(1370), 전극 연결부(1390, 1391) 및 연결 유닛(1392, 1393)가 밀봉될 수 있다. 이로써, 제1 실링부재(SL1), 하부 절연층(1320), 제1 전극(1330), 반도체 구조물(1340, 1350), 제2 전극(1360) 및 상부 절연층(1370), 전극 연결부(1390, 1391) 및 연결 유닛(1392, 1393)가 제2 실링부재(SL2)에 의해 내습성이 향상될 수 있다.
그리고 제2 실링부재(SL2)는 제1 기판(1310)의 외측면(1310s)에서 연장되어 제1 열전도 부재(1100)의 상면(상술한 제1 면, M1)으로 연장될 수 있다. 또한, 제2 실링부재(SL2)는 제2 기판(1380)의 외측면(1380s)에서 연장되저 제2 열전도 부재(1200)의 저면(상술한 제2 면, M2)로 연장될 수 있다. 이로써, 제2 실링부재(SL2)는 열전 소자(1300), 제1 열전도 부재(1100) 및 제2 열전도 부재(1200)와 결합하며, 이들 간의 결합력을 개선할 수 있다.
또한, 제3 실링부재(SL3)는 제1 열전도 부재(1100) 및 제2 열전도 부재(1200)와 접촉할 수 있다. 특히, 제3 실링부재(SL3)는 제1 열전도 부재(1100)의 측면, 제2 열전도 부재(1200)의 측면과 접촉할 수 있다. 이에, 제3 실링부재(SL3)는 제1 열전도 부재(1100)와 제2 열전도 부재(1200) 사이의 열전 소자(1300), 제1 실링부재(SL1) 및 제2 실링부재(SL2)를 둘러쌀 수 있다. 이에, 제3 실링부재(SL3)는 제1 열전도 부재(1100)와 제2 열전도 부재(1200)와 결합할 수 있다.
그리고 열전 소자(1300), 제1 실링부재(SL1) 및 제2 실링부재(SL2)는 하부의 제1 열전도 부재(1100), 상부의 제2 열전도 부재(1200) 및 외측의 제3 실링부재(SL3)에 의해 차폐될 수 있다. 이에, 열전 모듈 또는 내부의 열전 소자가 외부의 이물질, 습기 등으로부터 보호될 수 있다.
또한, 제3 실링부재(SL3)는 제1 열전도 부재(1100)와 제2 열전도 부재(1200) 전체를 둘러쌀 수도 있다. 이에, 제3 실링부재(SL3)는 제1 열전도 부재(1100)와 제2 열전도 부재(1200)에 대해 방열을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 열전 소자는 발전용 장치 등에 작용될 수 있다. 즉, 실시예에 따른 열전 소자를 포함한 발전용 장치 또는 다양한 전기 장치도 상술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다. 일 예로, 발전 시스템은 열 수송관, 우수관, 소융관 등의 폐열 파이프, 선박, 자동차, 발전소, 지열, 등에서 발생하는 열원을 통해 발전할 수 있다. 그리고 발전 시스템에서는 열원을 효율적으로 수렴하기 위해 복수의 발전 장치를 배열할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 일 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 (20)

  1. 제1 열전도 부재;
    제2 열전도 부재;
    상기 제1 열전도 부재와 상기 제2 열전도 부재 사이에 배치되는 열전 소자;
    상기 열전 소자의 외측에 배치된 제1 실링부재; 및
    상기 제1 실링부재의 외측에 배치된 제2 실링부재를 포함하고,
    상기 열전 소자는 제1 기판, 상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판, 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 배치된 반도체 구조물을 포함하고,
    상기 제1 실링부재는 상기 제1 기판의 상면과 상기 제2 기판의 저면 사이에 배치되고, 상기 반도체 구조물을 향하여 볼록한 측면을 포함하고
    상기 제2 실링부재는 상기 제1 기판의 측면과 상기 제2 기판의 측면과 접촉하고,
    상기 제1 실링부재의 볼록한 측면과 상기 제2 실링부재 사이에 공극을 포함하는 열전 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열전 소자는 상기 제1 기판 상에 배치되는 제1 절연층 및 상기 제1 절연층 상에 배치되는 제2 절연층을 더 포함하고,
    상기 제1 실링부재는 상기 제1 절연층 및 상기 제2 절연층과 접촉하는 열전 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 실링부재는 상기 제1 절연층과 접촉하는 제1 영역; 및 상기 제2 절연층과 접촉하는 제2 영역;을 포함하는 열전 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 절연층은 상기 제2 절연층과 수직으로 중첩되는 제1 절연부, 및 상기 제2 절연층과 수직으로 중첩되지 않는 제2 절연부를 포함하고,
    상기 제1 실링부재의 제1 영역은 상기 제2 절연부에 위치하고,
    상기 제1 실링부재의 제2 영역은 상기 제1 절연부에 위치하는 열전 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 실링부재의 외측에 배치되는 제3 실링부재를 더 포함하고,
    상기 제3 실링부재는 상기 제1 열전도 부재, 및 상기 제2 열전도 부재와 접촉하고,
    상기 제1 실링부재, 상기 제2 실링부재 및 상기 제3 실링부재는 서로 이격된 열전 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 실링부재와 상기 제2 실링부재는 서로 동일한 재질을 포함하고,
    상기 제1 실링부재와 상기 제3 실링부재는 서로 다른 물질을 포함하고,
    상기 제3 실링부재는 우레탄을 포함하는 열전 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 열전도 부재는 제1 유로와 연결되고,
    상기 제2 열전도 부재는 제2 유로와 연결되고,
    상기 제1 유로와 상기 제2 유로에 흐르는 유체의 온도는 서로 상이한 열전 모듈.
  8. 제2항에 있어서,
    제1 실링부재의 외측면은 상기 반도체 구조물을 향하는 외측으로 오목한 열전 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 절연층의 상면은 상기 제2 기판을 향해 오목한 오목부를 포함하고,
    상기 제1 실링부재의 외측면과 상기 제2 절연층의 상면은 서로 수직한 방향으로 오목한 열전 모듈.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 제1 실링부재의 높이, 상기 제2 실링부재의 높이, 및 상기 제3 실링부재의 높이는 서로 다른 열전 모듈.
  11. 제5항에 있어서,
    제1 기판 상에 배치되고 제1 전극과 전기적으로 연결되는 전극 연결부; 및
    상기 전극 연결부와 연결되어 제1 기판의 외측으로 연장되는 도선부;를 더 포함하는 열전 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전극 연결부는 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판과 수직으로 중첩되는 중첩부를 포함하고,
    상기 제1 실링부재는 상기 중첩부를 적어도 일부 둘러싸는 열전 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전극 연결부 상에 배치되고 상기 도선부와 전기적으로 연결되는 연결 유닛;을 더 포함하고,
    상기 제2 실링부재는 상기 연결 유닛을 둘러싸는 열전 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 실링부재는 상기 제1 기판의 상면의 적어도 일부와 접촉하는 열전 모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제3 실링부재는 상기 제1 열전도 부재 및 상기 제2 열전도 부재와 접촉하는 열전 모듈.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제3 실링부재의 폭은 상기 제1 실링부재의 폭보다 큰 열전 모듈.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2 실링부재의 폭은 상기 제1 실링부재의 폭보다 큰 열전 모듈.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제2 실링부재는 상기 제1 기판의 외측면에서 연장되어 상기 제1 열전도 부재의 상면으로 연장되고, 상기 제2 기판의 외측면에서 연장되어 상기 제2 열전도 부재의 저면으로 연장된 열전 모듈.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제2 실링부재는 상기 열전 소자와 상기 제1 열전도 부재, 및 상기 제2 열전도 부재를 결합하는 열전 모듈.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제3 실링부재는 상기 제1 열전도 부재와 상기 제2 열전도 부재를 결합하는 열전 모듈.
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