WO2022097792A1 - 대용량 열전모듈 - Google Patents

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WO2022097792A1
WO2022097792A1 PCT/KR2020/015574 KR2020015574W WO2022097792A1 WO 2022097792 A1 WO2022097792 A1 WO 2022097792A1 KR 2020015574 W KR2020015574 W KR 2020015574W WO 2022097792 A1 WO2022097792 A1 WO 2022097792A1
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thermoelectric
thermoelectric element
thermoelectric module
temperature
capacity
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PCT/KR2020/015574
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권택율
이건화
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주식회사 리빙케어
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/81—Structural details of the junction

Definitions

  • the present invention is derived from research conducted as part of the energy technology development project of the Ministry of Trade, Industry and Energy and the Korea Energy Technology Evaluation Institute [Project management number: 20172010000760, task name: 10kW class thermoelectric power generation using unused waste heat of non-ferrous industry melting and casting process system development].
  • Thermoelectric technology is an eco-friendly energy technology that can freely convert heat and electricity by utilizing the Seebeck effect that converts thermal energy into electrical energy and the Peltier effect that converts electrical energy into thermal energy.
  • Thermoelectric energy conversion is implemented in the form of a module composed of n-type and p-type semiconductor thermoelectric materials and electrodes connected in series.
  • thermoelectric generation is a phenomenon in which an electromotive force is generated by a temperature difference applied to both ends of a module, and thermoelectric cooling uses a phenomenon in which heat flows by an applied current.
  • thermoelectric module (thermopile) including an array of Bi 2 Te 3 based semiconductor devices.
  • the configuration of this module provides a chemically stable environment for the thermoelectric material to ensure a long lifespan.
  • the gas burner is installed on one side of the thermopile, and the other side is kept cold with aluminum cooling fins or heat pipe parts.
  • the thermoelectric module operates as a thermoelectric generator by maintaining a temperature of about 540°C on the high-temperature side and about 140°C on the low-temperature side. The flow of heat through a thermopile can produce stable DC power without mechanical motion.
  • the large-capacity thermoelectric module 100 has a large coefficient of thermal expansion compared to the low-temperature part, and frequent contraction and relaxation due to temperature changes, thereby reducing the performance of the module due to stress caused by thermal stress and shortening the lifespan.
  • the ceramic panel 130 having slits 131 and 132 formed on the surface of the high temperature part of the thermoelectric element 100 a large-capacity thermoelectric module that can be used for a large number of thermoelectric modules and a bulky thermoelectric generator can be easily made. It can be implemented in a high-temperature manner, and by minimizing the thermal deformation and mechanical stress of the thermoelectric module due to the thermal energy of the high temperature part, the performance of the thermoelectric module can be improved and the lifespan can be extended.
  • the size of the width between the slits 131 and 132 formed in the ceramic panel 130 and the width of the slit itself can be freely applied according to the size of the manufactured thermoelectric module, for example, the slits 131 and 132 ) between the intervals (D1, D2) is formed at intervals of 25 to 35mm, the width interval of these slits (131, 132) itself may be formed at intervals of 0.5 to 1mm.
  • the manufacture of the ceramic panel 130 becomes cumbersome, and the performance of providing mechanical strength and durability to the thermoelectric module 100 . If it is formed too large exceeding 35 mm, the effect of improving the performance of the thermoelectric module by minimizing the thermal deformation and mechanical stress of the thermoelectric module due to the thermal energy of the intended high-temperature part is hardly shown or only insignificant. It is not preferable because it can be exerted.
  • thermoelectric module that can be applied to a thermoelectric generator, etc. There is an effect that can make it happen.

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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 고온부와 저온부의 온도차이를 이용하여 기전력을 발생시키는 열전소자; 상기 열전소자의 고온부에 설치되는 흡열판; 및 표면에 슬릿이 형성되고 상기 열전소자와 흡열판 사이에 배치되는 세라믹 패널을 포함하는 대용량 열전모듈에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 열전발전장치 등에 적용할 수 있는 대용량의 열전모듈을 용이하게 구현할 수 있고, 고온부의 열에너지로 인한 열전모듈의 열변형과 기계적 스트레스를 최소화하여 열전모듈의 성능을 개선하며 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

대용량 열전모듈
본 발명은 대용량 열전모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대용량의 열전모듈을 용이하게 구현할 수 있고, 고온부의 열에너지로 인한 열전모듈의 열변형과 기계적 스트레스를 최소화하여 열전모듈의 성능을 개선하며 수명을 연장시킬 수 있는 대용량 열전모듈에 관한 것이다.
본 발명은 산업통상자원부 및 한국에너지기술평가원의 에너지기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 20172010000760, 과제명: 비철산업 용해주조공정의 미활용 폐열을 이용한 10kW급 열전발전시스템 개발].
열전(Thermoelectric) 기술은 열에너지를 전기에너지로 변환하는 Seebeck 효과와 전기에너지를 열에너지로 변환 하는 Peltier 효과를 활용하여 열과 전기를 자유롭게 변환할 수 있는 친환경 에너지 기술이다.
도 1에는 열전소자에 의해 냉각(Peltier 효과)과 발전(Seebeck 효과)에 대한 기본원리를 나타낸 모식도가 개시되어 있다. 두 가지 모두 전자(electron)와 홀(hole)이 전하(charge)를 이동시키느냐 아니면 열(heat)을 이동시키느냐에 따라 그 응용범위가 결정된다.
물성치가 서로 다른 도체 또는 반도체 A와 B를 접합시키고 접합부에 일정한 온도를 유지시켰을 경우 두 물질 A와 B의 양단에 일정한 기전력이 발생하는데, 이를 Seebeck 효과라 한다. 또한, 서로 다른 두 물질의 접합부에 전류를 흘렸을 경우 접합부에서 열의 흡수 및 방출이 일어나게 되는 데 이러한 현상을 Peltier 효과라 한다. 열전에너지 변환은 직렬로 연결된 n형 및 p형의 반도체 열전소재와 전극으로 구성된 모듈의 형태로 구현되는 것이다.
열전발전(Thermolectric Generation)은 모듈의 양단에 인가된 온도 차이에 의해 기전력이 발생되는 현상이며, 열전냉각(Thermoelectric Cooling)은 인가된 전류에 의해 열의 흐름이 발생하는 현상을 이용하는 것이다.
최근 열전발전장치는 가스버너, 스토브, 또는 가열소자 등과 같은 생활용 기구나 장치에도 다양하게 적용되고 있다. 가스버너는 최근 아파트 및 가정에서 난방을 위해 사용되거나, 실내 외에서 요리를 하기 위해 널리 사용되고 있다. 특히 전력공급원이 제한되어 있는 경우 많은 장소에서 가스버너를 이용한 난방 및 조리방법이 선호된다. 이때 가스버너의 열교환기를 가열한 후 남은 폐열은 외부로 그대로 배출되어 낭비된다. 이와 같이 낭비되는 가스의 열에너지는 사람들의 일상생활을 위한 발전 및 에너지 절약을 위하여 열전발전장치에 의해 전기로 변환되어 전기 팬, 조명, TV, 충전기 등의 소비전력으로 유용하게 사용할 수 있다.
일반적인 열전발전장치의 핵심적인 구성은 Bi2Te3 계 반도체소자의 배열을 포함한 밀봉된 열전모듈(열전퇴, thermopile)이다. 이러한 모듈의 구성은 열전재료에 화학적으로 안정한 환경을 제공하여 긴 수명을 보장한다. 이러한 열전모듈을 가스버너에 적용할 경우, 가스버너는 열전퇴의 한 쪽에 설치하고, 반대쪽은 알루미늄 냉각핀 또는 히트파이프 부품으로 차갑게 유지한다. 이때 열전모듈은 열전발전기로서 작용하여 고온 측에 약 540℃ 저온 측에 약 140℃의 온도를 유지함으로써 작동하게 된다. 열전퇴를 통한 열의 흐름은 기계적인 운동 없이 안정적인 DC 전력을 만들어낼 수 있다.
이러한 열전소자의 제벡 효과(Seebeck effect)를 이용하는 열전발전장치는 최근의 환경 오염 문제와 에너지 절약 이슈와 맞물려 그 수요와 필요성이 계속 증가하고 있다. 즉, 각종 배기가스와 폐열(waste heat)을 에너지 원으로 활용할 수 있어서 자동차 엔진 및 배기장치, 쓰레기 소각장, 제철소 폐열, 인체 열을 이용한 인체 내 의료기기의 전원 등 에너지의 효율을 높이거나 폐열을 수거하여 사용하는 다양한 분야에 응용할 수 있다.
그러나, 이러한, 열전발전장치의 주요한 문제는 상대적으로 낮은 변환효율(일반적으로 약 5%)이다. 이러한 문제점은 열전발전장치가 특히 신뢰성이 중요한 고려사항이 되는 많은 분야에서 전력발전장치로 이용되는 것에 제약이 되고 있다. 또한, 종래 열전발전 소자 모듈은 폐열을 발열원으로 사용하는 경우, 폐열의 온도가 균일하지 않고, 상당폭의 편차가 존재하는데 이러한 발열원으로 온도 변화에 능동적으로 대응하지 못해 발전 성능이 균일하지 못하고, 신뢰도가 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 열전발전장치 등에 적용할 수 있는 대용량의 열전모듈을 용이하게 구현할 수 있고, 고온부의 열에너지로 인한 열전모듈의 열변형과 기계적 스트레스를 최소화하여 열전모듈의 성능을 개선하며 수명을 연장시킬 수 있는 대용량 열전모듈을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고온부와 저온부의 온도차이를 이용하여 기전력을 발생시키는 열전소자; 상기 열전소자의 고온부에 설치되는 흡열판; 및 표면에 슬릿이 형성되고 상기 열전소자와 흡열판 사이에 배치되는 세라믹 패널을 포함하는 대용량 열전모듈을 통해 달성된다.
상기 열전소자는 저온부에 워터재킷이 구비되어 일체화된 모듈로 형성될 수 있다.
상기 열전소자 또는 워터재킷의 외면에는 온도센서가 더 구비될 수 있다.
상기 열전소자의 저온부에는 슬릿이 형성되지 않은 세라믹 패널이 배치될 수 있다.
상기 세라믹 패널의 슬릿은 25 내지 35mm 간격으로 형성되며, 폭 간격은 0.5 내지 1mm 간격으로 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 열전발전장치 등에 적용할 수 있는 대용량의 열전모듈을 용이하게 구현할 수 있고, 고온부의 열에너지로 인한 열전모듈의 열변형과 기계적 스트레스를 최소화하여 열전모듈의 성능을 개선하며 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 열전소자에 의한 Peltier 효과와 Seebeck 효과의 기본원리를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 대용량 열전모듈의 전체적인 모습을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 대용량 열전모듈의 상부 모습을 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 대용량 열전모듈의 정면 모습을 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 대용량 열전모듈의 슬릿이 형성된 세라믹 패널의 모습을 나타낸 모식도이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 고온부와 저온부의 온도차이를 이용하여 기전력을 발생시키는 열전소자; 상기 열전소자의 고온부에 설치되는 흡열판; 및 표면에 슬릿이 형성되고 상기 열전소자와 흡열판 사이에 배치되는 세라믹 패널을 포함하는 대용량 열전모듈을 통해 달성된다.
상기 열전소자는 저온부에 워터재킷이 구비되어 일체화된 모듈로 형성될 수 있다.
상기 열전소자 또는 워터재킷의 외면에는 온도센서가 더 구비될 수 있다.
상기 열전소자의 저온부에는 슬릿이 형성되지 않은 세라믹 패널이 배치될 수 있다.
상기 세라믹 패널의 슬릿은 25 내지 35mm 간격으로 형성되며, 폭 간격은 0.5 내지 1mm 간격으로 형성될 수 있다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2에는 본 발명의 일실시예에 따른 대용량 열전모듈의 전체적인 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 일실시예에 따른 대용량 열전모듈의 상부 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있으며, 도 4에는 본 발명의 일실시예에 따른 대용량 열전모듈의 정면 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 5에는 본 발명의 일실시예에 따른 대용량 열전모듈의 슬릿이 형성된 세라믹 패널의 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 대용량 열전모듈(100)은 고온부와 저온부의 온도차이를 이용하여 기전력을 발생시키는 열전소자(110), 상기 열전소자(110)의 고온부에 설치되는 흡열판(120) 및 표면에 슬릿(131, 132)이 형성되고 상기 열전소자(110)와 흡열판(120) 사이에 배치되는 세라믹 패널(130)을 포함하는 것으로 구성된다.
즉, 본 발명에 따른 대용량 열전모듈(100)은 저온부에 비해 열팽창률이 크고, 온도변화에 의한 수축과 이완 현상이 빈번히 발생하여 열응력으로 인한 스트레스로 인해 모듈의 성능을 저하시키고, 수명을 단축시키는 열전소자(100)의 고온부에 표면에 슬릿(131, 132)이 형성된 세라믹 패널(130)을 설치함으로써, 다수의 열전모듈들이 사용되고 부피가 큰 열전발전장치 등에 적용될 수 있는 대용량의 열전모듈을 용이하게 구현할 수 있고, 고온부의 열에너지로 인한 열전모듈의 열변형과 기계적 스트레스를 최소화하여 열전모듈의 성능을 개선하며 수명을 연장시킬 수 있다.
여기서, 상기 세라믹 패널(130)의 재질로는 예를 들어, 고열전도성의 세라믹 소재인 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 질화보론(BN) 및 질화실리콘(Si3N4) 중 어느 하나로 형성될 수 있으며, 또한 열전도도를 배가시키기 위해 세라믹 소재에 소량의 폴리머, 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 금속분말이 더 첨가될 수 있다.
참고로, 본원발명의 대용량 열전모듈이 적용되는 열전발전장치의 구성을 열전발전의 측면에서 하부에서부터 상부로 올라가면서 순차적으로 살펴보면, 먼저 맨 하단부에는 발열원이 배치되어 있고, 이러한 발열원의 상부에 흡열판 및 열전소자가 배치된다. 따라서, 발열원에서 발생된 열에너지가 상부로 이동하면서 열전소자의 고온부 기판의 온도는 높게 하고, 저온부 기판은 외부 공기 등에 의해 냉각되어 열전소자의 상부와 하부에서 상당한 온도차가 발생하도록 함으로써, 열전소자는 제벡 효과(Seebeck effect)에 의한 전류를 발생시키게 된다. 이와 같이 발생된 전류는 열전소자에 연결된 전극 연결선에 의해 외부로 전달된다.
상기 열전소자(110)의 최적 발전 온도 및 고온부와 저온부의 온도차이(△t)는 사용된 열전소자의 종류에 따라 다르게 나타나는데, 예를 들어 Bi-Te 계 합금으로 만든 열전소자의 경우, △t 200~250℃수준에서 최대 발전량을 만들어 낼 수 있다. 또한 SKD나 H-H계 열전소자의 경우 500~600℃에서 최대 발전량이 발생된다.
열전발전시스템은 열전소자의 고온부의 온도와 저온부의 온도차인 △t에 의해서 발전량이 비례적 또는 선형적으로 증가하게 되기 때문에 가급적이면 큰 △t를 얻는 것이 유리하며, 반대로 고온부의 온도가 너무 높아질 경우, 큰 △t 확보는 가능하나 열전발전시스템의 신뢰성, 즉 내구성은 기하 급수적으로 떨어질 수 있다. 따라서, 발열원의 양태에 따라 열전발전시스템을 유동적으로 적용하여 최적 수준의 발전량을 도출하는 조치가 필요한데, 본 발명에 따른 열전발전장치는 이러한 필요를 효과적으로 충족시킬 수 있다.
상기 열전소자(110)의 고온부 기판과 저온부 기판 사이에는 각각 고온부 전극과 저온부 전극이 각각 배치되어 있으며 이러한 전극들 사이에 p형 반도체와 n형 반도체들로 이루어진 열전반도체들이 배치되어 고온부 기판에서 흡수한 열을 저온부 기판로 전달하는 과정에서 전류가 발생하게 된다. 즉, 열전소자(110)에서 고온부 기판과 저온부 기판의 온도차에 의해 p형 반도체에서는 정공(hole)이 고온부 기판로부터 저온부 기판 방향으로 움직이게 되고, n형 반도체에서는 전자(electron)가 고온부 기판으로부터 저온부 기판 방향으로 움직이게 되며, 이러한 정공과 전자의 움직임에 따라 반 시계방향으로 전류가 흐르게 되어, 전극 연결선에 의해 외부로 전달된다.
여기서, 상기 고온부 기판과 전극 사이 및 상기 저온부 기판과 전극에는 각각 전기 절연 성능을 갖는 절연 수지층이 더 형성될 수 있다. 이러한 절연 수지층은 고온 영역(≥300℃)에서 지속적인 열전 성능을 발휘할 수 있도록 유리전이온도(Tg)가 250℃이상, 바람직하게는 250 내지 300℃인 내열성 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 상기 절연 수지층은 열경화성 수지(resin) 및 열가소성 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 열경화성 수지의 비제한적인 예로는, 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 알키드 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 실리콘 수지, 요소 수지, 식물성유 변성 페놀수지, 크실렌 수지, 구아나민 수지, 디알릴프탈레이트 수지, 비닐에스테르 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 푸란 수지, 폴리이미드 수지, 시아네이트 수지, 말레이미드 수지 및 벤조시클로부텐 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 구체적으로, 열경화성 수지는 에폭시 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 실리콘 수지, 우레탄 수지 및 요소 수지로 구성된 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 열전소자(110)는 저온부에 워터재킷(140)이 구비되어 일체화된 열전모듈(100)로 형성될 수 있다. 이와 같이 저온부에 워터재킷(140)이 구비되어 일체화된 열전모듈(100)은 수냉 방식의 열전모듈로서, 워터재킷(140)에 방열수를 공급하도록 구비된 관에 방열수 제어 밸브(도시하지 않음)가 구비될 수 있다. 또한, 감입밸브(도시하지 않음)를 추가로 구비하여 방열수 제어 밸브에 의해 공급되는 방열수의 압력을 조절하여 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 워터재킷(140)이 구비되어 일체화된 열전모듈(100)은 상기 열전소자(110)의 고온부와 저온부 사이의 온도차를 더욱 크게 함으로써, 제벡 효과(Seebeck effect)에 의한 전류를 발생 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 열전소자(110) 또는 워터재킷(140)의 외면에는 온도센서(146)가 더 구비될 수 있다. 상기 온도센서(146)는 상기 발열원이 구조에 따라 설치의 편의성과 열전소자(110) 온도 측정의 정확성 등을 고려하여 열전소자(110) 주변과 워터재킷(140)등에 적절히 설치될 수 있다.
상기 열전발전장치가 적용되는 상기 발열원의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 평면형 발열원, 원기둥형 발열원 및 화염형 발열원으로 이루어진 군에서 선택된 발열원일 수 있다. 여기서, 상기 화염형 발열원은 직접 흡열판에 사용하지는 않고 복사, 전도, 대류열을 이용하기 위하여 화염주위에 평면 또는 원기둥형태의 구조물을 덮어 사용하므로 결국, 화염형 발열원에도 평면형 발열원이나 원기둥형 발열원을 적용하여 사용할 수 있다.
또한, 발열원의 소재는 금속 바(Bar) 등 고체형태, 용융된 금속 등의 액체형태등도 적용할 수 있으며, 상기 흡열판과 접촉하는 최종형태는 열기(熱氣)의 형태인 기체상태가 되도록 구현하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 열전소자(110)의 저온부에는 슬릿이 형성되지 않은 세라믹 패널(150)이 배치될 수 있다. 이러한 저온부 세라믹 패널(150)은 상기 고온부의 세라믹 패널(130)과 동일한 소재의 세라믹 패널로 형성될 수 있으며, 대용량 열전모듈(100)의 제작 비용과 시간 등을 절감하면서도 열전소자(100)에 전체적인 내구성과 기계적 성능을 부여할 수 있도록 슬릿이 형성되지 않은 패널로 형성될 수 있다.
상기 세라믹 패널(130)에 형성되는 슬릿(131, 132)들 사이의 간격과 슬릿 자체의 폭의 크기는 제작되는 열전모듈의 사이즈에 따라 자유롭게 적용할 수 있으며, 예를 들어 상기 슬릿(131, 132)들 사이의 간격(D1, D2)은 25 내지 35mm 간격으로 형성되며, 이러한 슬릿(131, 132) 자체의 폭 간격은 0.5 내지 1mm 간격으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 세라믹 패널(130)에 형성되는 슬릿(131, 132)들의 패턴이나 구조는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 상기 세라믹 패널(130)에 가로 방향 슬릿(131)과 세로 방향 슬릿(132) 들이 서로 교차되는 구조로 형성될 수 있으며, 수직이나 수평선 기준으로 일정한 각도를 갖는 사선 구조의 슬릿(도시하지 않음)으로도 형성될 수 있다.
상기 슬릿(131, 132)들 사이의 간격(D1, D2)이 25mm 미만으로 너무 좁을 경우, 세라믹 패널(130)의 제작이 번거로워지고, 열전모듈(100)에 대한 기계적 강도와 내구성을 부여하는 성능이 저하될 수 있으며, 35mm를 초과하여 너무 크게 형성될 경우 의도하는 고온부의 열에너지로 인한 열전모듈의 열변형과 기계적 스트레스를 최소화하여 열전모듈의 성능을 개선하고자 하는 효과가 거의 나타나지 않거나 미미한 수준으로만 발휘될 수 있으므로 바람직하지 않다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 발명은 고온부와 저온부의 온도차이를 이용하여 기전력을 발생시키는 열전소자; 상기 열전소자의 고온부에 설치되는 흡열판; 및 표면에 슬릿이 형성되고 상기 열전소자와 흡열판 사이에 배치되는 세라믹 패널을 포함하는 대용량 열전모듈에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 열전발전장치 등에 적용할 수 있는 대용량의 열전모듈을 용이하게 구현할 수 있고, 고온부의 열에너지로 인한 열전모듈의 열변형과 기계적 스트레스를 최소화하여 열전모듈의 성능을 개선하며 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 고온부와 저온부의 온도차이를 이용하여 기전력을 발생시키는 열전소자;
    상기 열전소자의 고온부에 설치되는 흡열판; 및
    표면에 슬릿이 형성되고 상기 열전소자와 흡열판 사이에 배치되는 세라믹 패널;
    을 포함하는 대용량 열전모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열전소자는 저온부에 워터재킷이 구비되어 일체화된 모듈로 형성되는 대용량 열전모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열전소자 또는 워터재킷의 외면에는 온도센서가 더 구비되는 대용량 열전모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열전소자의 저온부에는 슬릿이 형성되지 않은 세라믹 패널이 배치되는 대용량 열전모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 패널의 슬릿은 25 내지 35mm 간격으로 형성되며, 폭 간격은 0.5 내지 1mm 간격으로 형성되는 대용량 열전모듈.
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