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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-05-19
(45)【発行日】2025-05-27
(54)【発明の名称】発電装置
(51)【国際特許分類】
H10N 10/13 20230101AFI20250520BHJP
H10N 10/17 20230101ALI20250520BHJP
H10N 10/852 20230101ALI20250520BHJP
H02N 3/00 20060101ALI20250520BHJP
【ＦＩ】
H10N10/13
H10N10/17 Z
H10N10/852
H02N3/00 A
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2022542791
(86)(22)【出願日】2021-01-11
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-03-10
(86)【国際出願番号】 KR2021000333
(87)【国際公開番号】W WO2021145620
(87)【国際公開日】2021-07-22
【審査請求日】2023-12-20
(31)【優先権主張番号】10-2020-0004473
(32)【優先日】2020-01-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(31)【優先権主張番号】10-2020-0004475
(32)【優先日】2020-01-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】517099982
【氏名又は名称】エルジー イノテック カンパニー リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100114188
【弁理士】
【氏名又は名称】小野 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100119253
【弁理士】
【氏名又は名称】金山 賢教
(74)【代理人】
【識別番号】100129713
【弁理士】
【氏名又は名称】重森 一輝
(74)【代理人】
【識別番号】100137213
【弁理士】
【氏名又は名称】安藤 健司
(74)【代理人】
【識別番号】100143823
【弁理士】
【氏名又は名称】市川 英彦
(74)【代理人】
【識別番号】100183519
【弁理士】
【氏名又は名称】櫻田 芳恵
(74)【代理人】
【識別番号】100196483
【弁理士】
【氏名又は名称】川嵜 洋祐
(74)【代理人】
【識別番号】100160749
【弁理士】
【氏名又は名称】飯野 陽一
(74)【代理人】
【識別番号】100160255
【弁理士】
【氏名又は名称】市川 祐輔
(74)【代理人】
【識別番号】100182132
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 隆
(74)【代理人】
【識別番号】100172683
【弁理士】
【氏名又は名称】綾 聡平
(74)【代理人】
【識別番号】100219265
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 崇大
(74)【代理人】
【識別番号】100146318
【弁理士】
【氏名又は名称】岩瀬 吉和
(72)【発明者】
【氏名】キム，ジョンホ
(72)【発明者】
【氏名】パク，チョンオク
(72)【発明者】
【氏名】アン，サンハン
(72)【発明者】
【氏名】イ，ジョンミン
(72)【発明者】
【氏名】ジョン，ジファン
【審査官】小山 満
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１７／１７４６９８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１９／１１２２８８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１９／１９４５９５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－１１９４５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１３４５１７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ１０Ｎ １０／１３
Ｈ１０Ｎ １０／１７
Ｈ１０Ｎ １０／８５２
Ｈ０２Ｎ ３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
冷却部、前記冷却部の第１表面に配置された熱電素子および前記熱電素子上に配置されたヒートシンクを含む第１熱電モジュール、
前記第１熱電モジュールと対向して配置される第１ガイドプレート、
前記冷却部の第１表面に垂直な第２表面に配置された分岐部、そして前記冷却部の前記第１表面と前記第２表面に垂直な第３表面に配置された離隔部材を含み、
前記冷却部は第１流体が通過するダクトであり、前記第１流体より温度が高い第２流体は前記第１熱電モジュールおよび前記第１ガイドプレートの間を通過し、
前記ヒートシンクは、前記第２流体が通過する方向に延在し、互いに離隔した複数の放熱フィンを含み、
前記ヒートシンクと前記第１ガイドプレート間の水平方向の最短距離は１～３ｍｍであり、
前記離隔部材は前記第３表面から前記第１表面に向かって延び、前記冷却部の前記第１表面および前記第１ガイドプレートに接触する、発電装置。
【請求項2】
前記分岐部は前記第２流体を分岐する、請求項１に記載の発電装置。
【請求項3】
前記第１表面に対向する前記冷却部の第４表面上に配置される第２熱電モジュール、そして前記第２熱電モジュールと対向して配置される第２ガイドプレートをさらに含み、前記第２流体は前記分岐部によって前記第１熱電モジュールと前記第１ガイドプレートの間および前記第２熱電モジュールと前記第２ガイドプレートの間に分岐される、請求項２に記載の発電装置。
【請求項4】
前記分岐部は前記第１表面に対して傾斜するように配置された、請求項３に記載の発電装置。
【請求項5】
前記離隔部材は前記冷却部の前記第３表面に配置された第１領域、前記第１領域から前記第１表面に向かって延びた第２領域、そして前記第１領域から前記第４表面に向かって延びた第３領域を含み、前記第２領域の第１面は前記第１表面に配置され、前記第２領域の第２面は前記第１ガイドプレートに配置され、前記第３領域の第１面は前記第４表面に配置され、前記第３領域の第２面は前記第２ガイドプレートに配置された、請求項３に記載の発電装置。
【請求項6】
前記離隔部材は断熱材を含む、請求項５に記載の発電装置。
【請求項7】
前記第３表面は前記第１流体が流入する方向に配置された表面である、請求項５に記載の発電装置。
【請求項8】
前記第１および第２ガイドプレートはそれぞれ第１および第２流体収集プレートおよび第１および第２流体拡散プレートに延びる、請求項３に記載の発電装置。
【請求項9】
前記第１および第２ガイドプレート間の距離は一定である、請求項８に記載の発電装置。
【請求項10】
前記第１および第２流体収集プレート間の距離は前記第１および第２ガイドプレートから遠ざかるほど遠くなり、前記第１および第２流体拡散プレート間の距離は前記第１および第２ガイドプレートから遠ざかるほど遠くなる、請求項９に記載の発電装置。
【請求項11】
前記第１および第２流体収集プレート間の距離および前記第１および第２流体拡散プレート間の距離は前記第１および第２ガイドプレート間の距離より大きい、請求項１０に記載の発電装置。
【請求項12】
前記第１熱電モジュールと前記第２熱電モジュール間の幅は前記分岐部の幅より大きい、請求項３に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は発電装置に関し、より詳細には熱電素子の低温部と高温部の温度差を利用して電力を生産する発電装置に関する。
【背景技術】
【0002】
熱電現象は材料内部の電子（ｅｌｅｃｔｒｏｎ）と正孔（ｈｏｌｅ）の移動によって発生する現象であり、熱と電気の間の直接的なエネルギー変換を意味する。
【0003】
熱電素子は熱電現象を利用する素子を総称し、Ｐ型熱電材料とＮ型熱電材料を金属電極の間に接合させてＰＮ接合対を形成する構造を有する。
【0004】
熱電素子は電気抵抗の温度変化を利用する素子、温度差によって起電力が発生する現象であるゼーベック効果を利用する素子、電流による吸熱または発熱が発生する現象であるペルティエ効果を利用する素子などに区分され得る。
【0005】
熱電素子は家電製品、電子部品、通信用部品などに多様に適用されている。例えば、熱電素子は冷却用装置、温熱用装置、発電用装置などに適用され得る。これに伴い、熱電素子の熱電性能に対する要求はますます高まっている。
【0006】
最近、自動車、船舶などのエンジンから発生した高温の廃熱および熱電素子を利用して電気を発生させようとするニーズがある。この時、熱電素子の低温部側に第１流体が通過するダクトが配置され、熱電素子の高温部側に放熱フィンが配置され、第１流体より温度が高い第２流体が放熱フィンを通過することができる。これに伴い、熱電素子の低温部と高温部間の温度差によって電気が生成され得、発電装置の構造により発電モジュール性能が変わり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明が達成しようとする技術的課題は、熱電素子の低温部と高温部の温度差を利用して電気を発生させる発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一実施例に係る発電装置は冷却部、前記冷却部の一表面に配置された熱電素子および前記熱電素子上に配置されたヒートシンクを含む熱電モジュール、前記熱電モジュールと対向して配置されるガイドプレート、そして前記冷却部の一表面に垂直な他表面に配置された分岐部を含み、前記ヒートシンクは互いに離隔した複数の放熱フィンを含み、前記分岐部と前記ガイドプレート間の水平方向の最短距離に対する前記ヒートシンクと前記ガイドプレート間の水平方向の最短距離の比は０．０６２５～０．２５である。
【0009】
前記冷却部は第１流体が通過するダクトであり、前記分岐部は前記第１流体より温度が高い第２流体を分岐し、前記第２流体は前記熱電モジュールおよび前記ガイドプレートの間を通過することができる。
【0010】
前記分岐部と前記ガイドプレート間の水平方向の最短距離は前記熱電モジュールと対向する前記ガイドプレートの仮想の延長面と前記分岐部間の水平方向の最短距離であり得る。
【0011】
前記分岐部と前記ガイドプレート間の水平方向の最短距離に対する前記ヒートシンクと前記ガイドプレート間の水平方向の最短距離の比は０．０６２５～０．１６７であり得る。
【0012】
前記ヒートシンクと前記ガイドプレート間の水平方向の最短距離は１～３ｍｍであり得る。
【0013】
前記熱電モジュールは前記ダクトの第１表面上に配置された第１熱電モジュールおよび前記第１表面に対向する前記ダクトの第２表面上に配置される第２熱電モジュールを含み、前記ガイドプレートは前記第１熱電モジュールと対向して配置される第１ガイドプレートおよび前記第２熱電モジュールと対向して配置される第２ガイドプレートを含み、前記第２流体は前記分岐部によって前記第１熱電モジュールと前記第１ガイドプレートの間および前記第２熱電モジュールと前記第２ガイドプレートの間に分岐され得る。
【0014】
前記分岐部は前記ダクトの前記第１表面および前記第２表面の間の第３表面上に配置され、前記第１表面に対して傾斜するように配置され得る。
【0015】
前記第３表面は前記第１表面に対して垂直となり得る。
【0016】
前記ダクトと前記ガイドプレートを所定間隔で離隔させる離隔部材をさらに含むことができる。
【0017】
前記離隔部材は前記ダクトの前記第１表面と前記第２表面の間に配置され、前記第３表面と垂直な第４表面に配置された第１領域、前記第１領域から前記第１表面に向かって延びた第２領域、そして前記第１領域から前記第２表面に向かって延びた第３領域を含み、前記第２領域の第１面は前記第１表面に配置され、前記第２領域の第２面は前記第１ガイドプレートに配置され、前記第３領域の第１面は前記第２表面に配置され、前記第３領域の第２面は前記第２ガイドプレートに配置され得る。
【0018】
本発明の一実施例に係る発電装置は冷却部、前記冷却部の表面の第１領域に配置された熱電素子および前記熱電素子上に配置されたヒートシンクを含む熱電モジュール、前記熱電モジュールと対向して配置されるガイドプレート、そして前記ダクトの表面の第２領域および前記ガイドプレートの間に配置された離隔部材を含み、前記ヒートシンクは前記ガイドプレートと所定距離で離隔し、前記離隔部材は前記ガイドプレートおよび前記冷却部と接触する。
【0019】
前記冷却部は第１流体が通過するダクトであり、前記ヒートシンクと前記ガイドプレートの間を第２流体が通過することができる。
【0020】
前記ダクトに配置されて前記第２流体を分岐する分岐部を含み、前記分岐部によって分岐された第２流体は前記熱電モジュールおよび前記ガイドプレートの間を通過することができる。
【0021】
前記分岐部と前記ガイドプレート間の水平方向の最短距離は６．５～２０ｍｍであり得る。
【0022】
前記分岐部と前記ガイドプレート間の水平方向の最短距離は前記熱電モジュールと対向する前記ガイドプレートの仮想の延長面と前記分岐部間の水平方向の最短距離であり得る。
【0023】
前記ヒートシンクと前記ガイドプレート間の最短距離は１～３ｍｍであり得る。
【0024】
前記熱電モジュールは前記ダクトの第１表面上に配置された第１熱電モジュールおよび前記第１表面に対向する前記ダクトの第２表面上に配置される第２熱電モジュールを含み、前記ガイドプレートは前記第１熱電モジュールと対向して配置される第１ガイドプレートおよび前記第２熱電モジュールと対向して配置される第２ガイドプレートを含み、前記第２流体は前記分岐部によって前記第１熱電モジュールと前記第１ガイドプレートの間および前記第２熱電モジュールと前記第２ガイドプレートの間に分岐され得る。
【0025】
本発明の一実施例に係る発電システムは隣り合って配置される複数の発電装置を含み、各発電装置は、冷却部、前記冷却部の第１表面に配置された第１熱電素子および前記第１熱電素子上に配置された第１ヒートシンクを含む第１熱電モジュール、前記冷却部の第２表面に配置された第２熱電素子および前記第２熱電素子上に配置された第２ヒートシンクを含む第２熱電モジュール、そして前記冷却部の前記第１表面および前記第２表面の間に配置された離隔部材を含み、各発電装置の第１ヒートシンクおよび第２ヒートシンクのうち一つは隣り合う発電装置の第１ヒートシンクおよび第２ヒートシンクのうち一つと離隔し、各発電装置の離隔部材は隣り合う発電装置の離隔部材と接触する。
【0026】
前記複数の発電装置のうち一つである第１発電装置の第１ヒートシンクと離隔するように配置された第１ガイドプレート、そして前記複数の発電装置のうち他の一つの第２発電装置の第２ヒートシンクと離隔するように配置された第２ガイドプレートをさらに含み、前記第１発電装置の離隔部材は前記第１ガイドプレートと接触し、前記第２発電装置の離隔部材は前記第２ガイドプレートと接触することができる。
【0027】
前記第１発電装置と前記第２発電装置の間に前記複数の発電装置のうち残りの発電装置が配置され得る。
【0028】
本発明の他の実施例に係る発電装置は内部に流路を含む冷却部；および前記冷却部の一面上に配置される熱電モジュールを含み、前記流路は第１方向に沿って配置される複数の第１流路部、前記第１方向に対して垂直な第２方向に沿って配置される複数の第２流路部、および前記第１流路部と前記第２流路部を連結する複数のベンディング部を含み、前記複数の第２流路部は前記第１方向に互いに離隔して真っすぐに配置される第１直線部、第２直線部、および凹凸部を含み、前記凹凸部は前記第１直線部と前記第２直線部間に配置される。
【0029】
前記冷却部は前記流路と連結され、前記第２方向に互いに離隔する複数の突出部を含むことができる。
【0030】
前記冷却部は前記熱電モジュールが配置された一面と前記一面と対向する他面を貫通する複数の貫通ホールを含むことができる。
【0031】
前記冷却部と前記熱電モジュールを結合する複数の結合部材を含み、前記結合部材は前記複数の貫通ホールに配置され得る。
【0032】
前記複数の貫通ホールは前記凹凸部と前記突出部の間に配置される複数の第１貫通ホールを含むことができる。
【0033】
前記流路は前記複数の第１貫通ホールと前記突出部の間に配置された屈曲部を含み、前記第１直線部は前記屈曲部と凹凸部間に配置され得る。
【0034】
前記凹凸部は曲率が互いに同一の複数の曲率部が周期的に配置され得る。
【0035】
前記屈曲部は曲率が互いに異なる複数の曲率を有する領域を含むことができる。
【0036】
前記冷却部は前記複数の突出部が位置した第１側面、および前記第１側面と対向する第２側面を含み、前記複数の貫通ホールは前記凹凸部と前記第２側面の間に配置される複数の第２貫通ホールを含むことができる。
【0037】
前記複数の第１貫通ホール、および前記複数の第２貫通ホールは前記流路と前記第１方向に重なり、前記複数の貫通ホールは前記流路と前記第１方向に重ならない複数の第３貫通ホールを含み、前記複数の第３貫通ホールは前記複数の第１貫通ホールより前記第１側面にさらに隣接した第３－１貫通ホール、および前記複数の第２貫通ホールより前記第２側面にさらに隣接した第３－２貫通ホールを含むことができる。
【0038】
前記冷却部は、前記第１側面と前記第２側面の間に配置され、前記第１方向に沿って配置される第３側面、および前記第３側面と対向する第４側面を含み、前記流路と前記第２方向に重なる重複部、前記重複部と前記第３側面の間に位置した第１領域、および前記重複部と前記第４側面の間に位置した第２領域を含み、前記第２領域の前記第２方向の幅は前記第１領域の前記第２方向の幅より大きくてもよい。
【0039】
前記複数の第３貫通ホールは前記第２領域に位置することができる。
【0040】
前記第２領域にはコネクタが位置することができる。
【0041】
前記熱電モジュールは前記冷却部と結合部材を通じて結合され、前記結合部材は前記複数の貫通ホールに配置され得る。
【0042】
前記冷却部の一面から他面に向かう第３方向に沿って前記結合部材と前記流路が重ならないことができる。
【0043】
前記複数の突出部は第１突出部および第２突出部を含み、前記第１突出部および前記第２突出部は前記複数の第３貫通ホールと前記第１方向に重ならないことができる。
【0044】
前記複数の突出部は前記第１突出部および前記第２突出部と前記第２方向に離隔した第３突出部を含むことができる。
【0045】
本発明の他の実施例に係る発電装置は内部に流路を含み、前記流路と連結される複数の突出部を含む冷却部；および前記冷却部と結合される熱電モジュールを含み、前記複数の突出部は前記冷却部の第１外側面上に配置され、互いに第１方向に離隔する第１突出部、および第２突出部を含み、前記流路は第１突出部から前記冷却部の中心部に向かって螺旋状に延びる第１流路、および前記中心部から前記第２突出部に向かって螺旋状に延びる第２流路を含み、前記第１流路は前記第１外側面に隣接するように配置され、非規則的な第１凹凸部、および前記中心部に隣接するように配置され、規則的な周期を有する第２凹凸部を含む。
【0046】
前記冷却部は前記第１外側面と対向する第２外側面をさらに含み、前記第１流路は前記第１方向に沿って延びる第１直線部を含み、前記第２流路は前記第１方向に沿って延びる第２直線部、第３直線部、および第４直線部を含み、前記第３直線部は前記第２直線部と前記第２外側面間に配置され、前記第４直線部は前記第２直線部と前記第１外側面間に配置され、前記第２凹凸部は前記第２直線部と前記第４直線部間に配置され得る。
【0047】
前記冷却部は、第１外側面と第２外側面間に互いに対向して配置される第３外側面、および第４外側面を含み、前記熱電モジュールが配置される一面、および前記一面と対向する他面を含み、前記一面と他面を貫通する複数の貫通ホールを含み、前記複数の貫通ホールは前記第１凹凸部と第４直線部間に配置される第１貫通ホール、前記第２直線部と前記第３直線部間に配置される第２貫通ホール、および前記流路と前記第４外側面間に配置される複数の第３貫通ホールを含み、前記複数の第３貫通ホールは前記第１貫通ホールより前記第１外側面にさらに隣接するように配置される第３－１貫通ホール、および前記第２貫通ホールより前記第２外側面にさらに隣接するように配置される第３－２貫通ホールをさらに含み、前記流路と前記第４外側面の間の第１水平距離は前記流路と前記第３外側面の間の第２水平距離より大きくてもよい。
【発明の効果】
【0048】
本発明の実施例によると、発電モジュール性能が優秀な発電装置を得ることができる。
また、本発明の実施例によると、熱電素子への熱伝達効率が改善された発電装置を得ることができる。
また、本発明の実施例によると、熱電素子への熱伝達効率が改善された発電装置を得ることができる。
【0049】
また、本発明の実施例によると、発電装置を通過する前と通過した後の流体の圧力差および流量を最適化して発電モジュールの効率を最大化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0050】
【図1】本発明の一実施例に係る発電システムの斜視図である。
【0051】
【図2】本発明の一実施例に係る発電システムの分解斜視図である。
【0052】
【図3】本発明の一実施例に係る発電システム内に含まれた発電装置の斜視図である。
【0053】
【図4】本発明の一実施例に係る発電装置の分解図である。
【0054】
【図5】本発明の一実施例に係る発電装置に含まれた発電モジュールの斜視図である。
【0055】
【図6】本発明の一実施例に係る発電モジュールの分解斜視図である。
【0056】
【0057】
【0058】
【図10】本発明の一実施例に係る発電装置の一部断面図である。
【0059】
【図11】本発明の一実施例に係る発電装置の平面図である。
【0060】
【図12(a)】ヒートシンクとガイドプレート間の距離と熱電素子の温度差間の関係を示す。
【図12(b)】ヒートシンクとガイドプレート間の距離と第２流体の圧力差間の関係を示す。
【図12(c)】熱電素子の温度差と第２流体の圧力差を補正してヒートシンクとガイドプレート間の距離との関係を示したグラフである。
【0061】
【図13】本発明の他の実施例に係る発電システムを示す。
【0062】
【図14】本発明の一実施例に係る発電モジュールの上面図である。
【0063】
【図15】本発明の一実施例に係る冷却部の断面図である。
【0064】
【図16】本発明の他の実施例に係る冷却部の断面図である。
【0065】
【図17】本発明のさらに他の実施例に係る冷却部の断面図である。
【0066】
【図18】本発明のさらに他の実施例に係る冷却部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0067】
以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
【0068】
ただし、本発明の技術思想は説明される一部の実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で具現され得、本発明の技術思想範囲内であれば、実施例間にその構成要素のうち一つ以上を選択的に結合、置き換えて使うことができる。
【0069】
また、本発明の実施例で使われる用語（技術および科学的用語を含む）は、明白に特に定義されて記述されない限り、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に一般的に理解され得る意味で解釈され得、辞書に定義された用語のように一般的に使われる用語は関連技術の文脈上の意味を考慮してその意味を解釈できるであろう。
【0070】
また、本発明の実施例で使われた用語は実施例を説明するためのものであり、本発明を制限しようとするものではない。
【0071】
本明細書で、単数型は文面で特に言及しない限り複数型も含むことができ、「Ａおよび（と）Ｂ、Ｃのうち少なくとも一つ（または一つ以上）」と記載される場合、Ａ、Ｂ、Ｃで組み合わせできるすべての組み合わせのうち一つ以上を含むことができる。
【0072】
また、本発明の実施例の構成要素を説明するにあたって、第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）等の用語を使うことができる。
【0073】
このような用語はその構成要素を他の構成要素と区別するためのものに過ぎず、その用語によって該当構成要素の本質や順番または順序などに限定されない。
【0074】
そして、或る構成要素が他の構成要素に「連結」、「結合」または「接続」されると記載された場合、その構成要素はその他の構成要素に直接的に連結、結合または接続される場合だけでなく、その構成要素とその他の構成要素の間にあるさらに他の構成要素によって「連結」、「結合」または「接続」される場合も含むことができる。
【0075】
また、各構成要素の「上（うえ）または下（した）」に形成または配置されるものと記載される場合、上（うえ）または下（した）は二つの構成要素が互いに直接接触する場合だけでなく一つ以上のさらに他の構成要素が二つの構成要素の間に形成または配置される場合も含む。また、「上（うえ）または下（した）」で表現される場合、一つの構成要素を基準として上側方向だけでなく下側方向の意味も含むことができる。
【0076】
図１は本発明の一実施例に係る発電システムの斜視図であり、図２は本発明の一実施例に係る発電システムの分解斜視図であり、図３は本発明の一実施例に係る発電システム内に含まれた発電装置の斜視図である。図４は本発明の一実施例に係る発電装置の分解図であり、図５は本発明の一実施例に係る発電装置に含まれた発電モジュールの斜視図であり、図６は本発明の一実施例に係る発電モジュールの分解斜視図である。図７は本発明の一実施例に係る発電モジュールの一部拡大図であり、図８～図９は本発明の一実施例に係る発電モジュールに含まれる熱電素子の断面図および斜視図である。
【0077】
【0078】
流体管２０００に流入する流体は自動車、船舶などのエンジンやまたは発電所、製鉄所などで発生する熱源であり得るが、これに制限されるものではない。流体管２０００から排出される流体の温度は流体管２０００に流入する流体の温度より低い。例えば、流体管２０００に流入する流体の温度は１００℃以上、好ましくは２００℃以上、さらに好ましくは２２０℃～２５０℃であり得るが、これに制限されるものではなく、熱電素子の低温部および高温部間の温度差により多様に適用され得る。
【0079】
流体管２０００は流体流入部２１００、流体通過部２２００および流体排出部２３００を含む。流体流入部２１００を通じて流入した流体は流体通過部２２００を通過して流体排出部２３００を通じて排出される。この時、流体通過部２２００には本発明の実施例に係る発電装置１０００が配置され、発電装置１０００は発電装置１０００を通過する第１流体と流体通過部２２００を通過する第２流体間の温度差を利用して電気を生成する。ここで、第１流体は冷却用流体であり得、第２流体は第１流体より温度が高い高温の流体であり得る。本発明の実施例に係る発電装置１０００は熱電素子の一面に流れる第１流体と熱電素子の他面に流れる第２流体間の温度差を利用して電気を生成することができる。したがって、本明細書で第１流体および／または第２流体は気体、液体などを含むことができる。流体流入部２１００および流体排出部２３００の断面形状が流体通過部２２００の断面形状と異なる場合、流体管２０００は流体流入部２１００と流体通過部２２００を連結する第１連結部２４００および流体通過部２２００と流体排出部２３００を連結する第２連結部２５００をさらに含んでもよい。例えば、一般的な流体流入部２１００および流体排出部２３００は円筒状であり得る。これに反し、発電装置１０００が配置される流体通過部２２００は四角筒または多角筒の形状であり得る。これに伴い、一末端は円筒状であり、他末端は四角筒状である第１連結部２４００と第２連結部２５００を媒介として流体流入部２１００および流体通過部２２００の一末端が連結され、流体排出部２３００および流体通過部２２００の他末端が連結され得る。
【0080】
この時、流体流入部２１００と第１連結部２４００、第１連結部２４００と流体通過部２２００、流体通過部２２００と第２連結部２５００および第２連結部２５００と流体排出部２３００等は締結部材によって連結され得る。
【0081】
前述した通り、本発明の一実施例に係る発電装置１０００は流体通過部２２００内に配置され得る。発電システム１０の組立を容易にするために、流体通過部２２００の一面は開閉が可能な構造で設計され得る。流体通過部２２００の一面２２１０を開放した後、発電装置１０００を流体通過部２２００内に収容し、流体通過部２２００の開放された一面２２１０をカバー２２２０で覆うことができる。この時、カバー２２２０は流体通過部２２００の開放された一面２２１０と複数の締結部材によって締結され得る。
【0082】
第１流体が外部から発電装置１０００に供給された後に再び外部に排出され、発電装置１０００に連結された配線は外部に引き出される場合、第１流体の流入および排出と配線引き出しのために、カバー２２２０には複数のホール２２２２が形成されてもよい。
【0083】
図３～図７を参照すると、本発明の実施例に係る発電装置１０００はダクト１１００、第１熱電モジュール１２００、第２熱電モジュール１３００、分岐部１４００、離隔部材１５００、シールド部材１６００および断熱部材１７００を含む。そして、本発明の実施例に係る発電装置１０００はガイドプレート１８００および支持フレーム１９００をさらに含む。
【0084】
図５に図示された通り、ダクト１１００、第１熱電モジュール１２００、第２熱電モジュール１３００、分岐部１４００、離隔部材１５００、シールド部材１６００および断熱部材１７００は一つのモジュールで組み立てられ得、本明細書でこれを発電モジュールと指称し得る。
【0085】
本発明の実施例に係る発電装置１０００はダクト１１００の内部を通じて流れる第１流体およびダクト１１００の外部に配置された第１熱電モジュール１２００および第２熱電モジュール１３００のヒートシンク１２２０、１３２０を通過する第２流体間の温度差を利用して電力を生産することができる。
【0086】
本明細書で、ダクト１１００の内部を通じて流れる第１流体の温度はダクト１１００の外部に配置された熱電モジュール１２００、１３００のヒートシンク１２２０、１３２０を通過する第２流体の温度より低くてもよい。本明細書で、第１流体は冷却用冷却水であり得、第２流体は高温の気体であり得る。このために、第１熱電モジュール１２００はダクト１１００の一表面に配置され、第２熱電モジュール１３００はダクト１１００の他表面に配置され得る。この時、第１熱電モジュール１２００と第２熱電モジュール１３００それぞれの両面のうち、ダクト１１００に向かうように配置される面が低温部となり、低温部と高温部間の温度差を利用して電力を生産することができる。これに伴い、本明細書で、ダクト１１００は冷却部と指称され得る。
【0087】
ダクト１１００に流入する第１流体は水であり得るが、これに制限されるものではなく、冷却性能がある多様な種類の流体であり得る。ダクト１１００に流入する第１流体の温度は１００℃未満、好ましくは５０℃未満、さらに好ましくは４０℃未満であり得るが、これに制限されるものではない。ダクト１１００を通過した後に排出される第１流体の温度はダクト１１００に流入する第１流体の温度より高くてもよい。各ダクト１１００は第１表面１１１０、第１表面１１１０に対向して第１表面１１１０と平行に配置された第２表面１１２０、第１表面１１１０と第２表面１１２０の間に配置された第３表面１１３０および第１表面１１１０と第２表面１１２０の間で第３表面１１３０に垂直となるように配置された第４表面１１４０、第３表面１１３０に対向するように配置された第５表面１１５０および第４表面１１４０に対向するように配置された第６表面１１６０を含み、ダクトの内部に第１流体が通過する。ダクト１１００の第１表面１１１０および第２表面１１２０それぞれに第１熱電モジュール１２００および第２熱電モジュール１３００が配置された場合、第３表面１１３０は第２流体が流入する方向に配置された表面であり、第４表面１１４０は第１流体が流入および排出される方向に配置された表面であり得る。このために、ダクト１１００の第４表面１１４０には第１流体流入口１１４２および第１流体排出口１１４４が形成され得る。第１流体流入口１１４２および第１流体排出口１１４４はダクト１１００内の流体通過管と連結され得る。これに伴い、第１流体流入口１１４２から流入した第１流体は流体通過管を通過した後に第１流体排出口１１４４から排出され得る。
【0088】
図示されてはいないが、ダクト１１００の内壁には放熱フィンが配置されてもよい。放熱フィンの形状、個数およびダクト１１００の内壁を占める面積などは第１流体の温度、廃熱の温度、要求される発電モジュール容量などにより多様に変更され得る。放熱フィンがダクト１１００の内壁を占める面積は、例えばダクト１１００の断面積の１～４０％であり得る。これによると、第１流体の流動を妨げないながらも、高い熱電変換効率を得ることが可能である。この時、放熱フィンは第１流体の流動を妨げない形状を有することができる。例えば、放熱フィンは第１流体が流れる方向に沿って形成され得る。すなわち、放熱フィンは第１流体流入口から第１流体排出口に向かう方向に延びたプレート形状であり得、複数の放熱フィンは所定の間隔で離隔するように配置され得る。放熱フィンはダクト１１００の内壁と一体に形成されてもよい。
【0089】
本発明の実施例によると、流体通過部２２００を通じて流れる第２流体の方向とダクト１１００を通じて流れる第１流体の流入／排出方向は異なり得る。例えば、第１流体の流入／排出方向と第２流体の通過方向は約９０°異なり得る。これによると、全領域で均一な熱変換性能を得ることが可能である。
【0090】
一方、第１熱電モジュール１２００はダクト１１００の第１表面１１１０上に配置され、第２熱電モジュール１３００はダクト１１００の第２表面１１２０上で第１熱電モジュール１２００に対称となるように配置され得る。
【0091】
第１熱電モジュール１２００および第２熱電モジュール１３００はスクリューまたはコイルスプリングを利用してダクト１１００と締結され得る。これに伴い、第１熱電モジュール１２００および第２熱電モジュール１３００はダクト１１００の表面に安定的に結合することができる。または第１熱電モジュール１２００および第２熱電モジュール１３００のうち少なくとも一つは熱伝達物質（ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｍａｔｅｒｉａｌ、ＴＩＭ）を利用してダクト１１００の表面に接着されてもよい。コイルスプリングおよび／または熱伝達物質（ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｍａｔｅｒｉａｌ、ＴＩＭ）および／またはスクリューを利用することによって、第１熱電モジュール１２００および第２熱電モジュール１３００に印加される熱の均一度を高温でも均一に制御することができる。
【0092】
一方、図７（ａ）に図示された通り、第１熱電モジュール１２００および第２熱電モジュール１３００それぞれは第１表面１１１０および第２表面１１２０それぞれに配置された熱電素子１２１０、１３１０および熱電素子１２１０、１３１０に配置されたヒートシンク１２２０、１３２０を含む。このように、熱電素子１２１０、１３１０の両面のうち一面に第１流体が流れるダクト１１００が配置され、他面にヒートシンク１２２０、１３２０が配置され、ヒートシンク１２２０、１３２０を通じて第２流体が通過すると、熱電素子１２１０、１３１０の吸熱面と放熱面間の温度差を大きくすることができ、これに伴い、熱電変換効率を上げることができる。この時、第１表面１１１０から熱電素子１２１０およびヒートシンク１２２０に向かう方向を第１方向と定義する場合、ヒートシンク１２２０の第１方向の長さは熱電素子１２１０の第１方向の長さより長くてもよい。これによると、第２流体とヒートシンク１２２０間の接触面積が増加するため、熱電素子１２１０の吸熱面の温度が高くなり得る。
【0093】
この時、図７（ｂ）を参照すると、ヒートシンク１２２０、１３２０と熱電素子１２１０、１３１０は複数の締結部材１２３０、１３３０によって締結され得る。ここで、締結部材１２３０、１３３０はコイルスプリングまたはスクリューなどであり得る。このために、放熱フィン１２２０、１３２０と熱電素子１２１０、１３１０の少なくとも一部には締結部材１２３０、１３３０が貫通する貫通ホールＳが形成され得る。ここで、貫通ホールＳと締結部材１２３０、１３３０の間には別途の絶縁体１２４０、１３４０がさらに配置され得る。別途の絶縁体１２４０、１３４０は締結部材１２３０、１３３０の外周面を囲む絶縁体または貫通ホールＳの壁面を囲む絶縁体であり得る。例えば、絶縁体１２４０、１３４０はリング状であり得る。リング状を有する絶縁体１２４０、１３４０の内周面は締結部材１２３０、１３３０の外周面に配置され、絶縁体１２４０、１３４０の外周面は貫通ホールＳの内周面に配置され得る。これによると、締結部材１２３０、１３３０とヒートシンク１２２０、１３２０および熱電素子１２１０、１３１０の間が絶縁され得る。
【0094】
この時、熱電素子１２１０、１３１０の構造は図８～９に例示された熱電素子１００の構造を有することができる。図８～図９を参照すると、熱電素子１００は下部基板１１０、下部電極１２０、Ｐ型熱電レッグ１３０、Ｎ型熱電レッグ１４０、上部電極１５０および上部基板１６０を含む。
【0095】
下部電極１２０は下部基板１１０とＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０の下部底面間に配置され、上部電極１５０は上部基板１６０とＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０の上部底面間に配置される。これに伴い、複数のＰ型熱電レッグ１３０および複数のＮ型熱電レッグ１４０は下部電極１２０および上部電極１５０によって電気的に連結される。下部電極１２０と上部電極１５０の間に配置され、電気的に連結される一対のＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０は単位セルを形成することができる。
【0096】
例えば、口出し線１８１、１８２を通じて下部電極１２０および上部電極１５０に電圧を印加すると、ペルティエ効果によってＰ型熱電レッグ１３０からＮ型熱電レッグ１４０に電流が流れる基板は熱を吸収して冷却部として作用し、Ｎ型熱電レッグ１４０からＰ型熱電レッグ１３０に電流が流れる基板は加熱して発熱部として作用することができる。または下部電極１２０および上部電極１５０間に温度差を加えると、ゼーベック効果によってＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０内の電荷が移動し、電気が発生することもある。
【0097】
ここで、Ｐ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０はビズマス（Ｂｉ）およびテルル（Ｔｅ）を主原料で含むビスマステルライド（Ｂｉ－Ｔｅ）系熱電レッグであり得る。Ｐ型熱電レッグ１３０はアンチモン（Ｓｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、鉛（Ｐｂ）、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、テルル（Ｔｅ）、ビズマス（Ｂｉ）およびインジウム（Ｉｎ）のうち少なくとも一つを含むビスマステルライド（Ｂｉ－Ｔｅ）系熱電レッグであり得る。例えば、Ｐ型熱電レッグ１３０は全体重量１００ｗｔ％に対して主原料物質であるＢｉ－Ｓｂ－Ｔｅを９９～９９．９９９ｗｔ％で含み、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、鉛（Ｐｂ）、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）およびインジウム（Ｉｎ）のうち少なくとも一つを０．００１～１ｗｔ％で含むことができる。Ｎ型熱電レッグ１４０はセレニウム（Ｓｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、鉛（Ｐｂ）、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、テルル（Ｔｅ）、ビズマス（Ｂｉ）およびインジウム（Ｉｎ）のうち少なくとも一つを含むビスマステルライド（Ｂｉ－Ｔｅ）系熱電レッグであり得る。例えば、Ｎ型熱電レッグ１４０は全体重量１００ｗｔ％に対して主原料物質であるＢｉ－Ｓｅ－Ｔｅを９９～９９．９９９ｗｔ％で含み、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、鉛（Ｐｂ）、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）およびインジウム（Ｉｎ）のうち少なくとも一つを０．００１～１ｗｔ％で含むことができる。
【0098】
Ｐ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０はバルク型または積層型で形成され得る。一般的にバルク型Ｐ型熱電レッグ１３０またはバルク型Ｎ型熱電レッグ１４０は熱電素材を熱処理してインゴット（ｉｎｇｏｔ）を製造し、インゴットを粉砕して篩い分けして熱電レッグ用粉末を獲得した後、これを焼結し、焼結体をカッティングする過程を通じて得られ得る。この時、Ｐ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０は多結晶熱電レッグであり得る。このように、Ｐ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０は多結晶熱電レッグである場合、Ｐ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０の強度が高くなり得る。積層型Ｐ型熱電レッグ１３０または積層型Ｎ型熱電レッグ１４０はシート状の基材上に熱電素材を含むペーストを塗布して単位部材を形成した後、単位部材を積層しカッティングする過程を通じて得られ得る。
【0099】
この時、一対のＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０は同じ形状および体積を有したり、互いに異なる形状および体積を有することができる。例えば、Ｐ型熱電レッグ１３０とＮ型熱電レッグ１４０の電気伝導特性が異なるので、Ｎ型熱電レッグ１４０の高さまたは断面積をＰ型熱電レッグ１３０の高さまたは断面積と異なるように形成してもよい。
【0100】
この時、Ｐ型熱電レッグ１３０またはＮ型熱電レッグ１４０は円筒状、多角柱状、楕円形柱状などを有することができる。
【0101】
本発明の一実施例に係る熱電素子の性能は熱電性能指数（ｆｉｇｕｒｅ ｏｆ ｍｅｒｉｔ、ＺＴ）で表すことができる。熱電性能指数（ＺＴ）は数学式１のように表すことができる。
【0102】
［数学式１］
【0103】
ここで、αはゼーベック係数［Ｖ／Ｋ］であり、σは電気伝導度［Ｓ／ｍ］であり、α２σはパワー因子（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ、［Ｗ／ｍＫ２］）である。そして、Ｔは
温度であり、ｋは熱伝導度［Ｗ／ｍＫ］である。ｋはａ・ｃｐ・ρで表すことができ、ａは熱拡散度［ｃｍ２／Ｓ］であり、ｃｐは比熱［Ｊ／ｇＫ］であり、ρは密度［ｇ／ｃｍ３］である。
温度であり、ｋは熱伝導度［Ｗ／ｍＫ］である。ｋはａ・ｃｐ・ρで表すことができ、ａは熱拡散度［ｃｍ２／Ｓ］であり、ｃｐは比熱［Ｊ／ｇＫ］であり、ρは密度［ｇ／ｃｍ３］である。
【0104】
熱電素子の熱電性能指数を得るために、Ｚメーターを利用してＺ値
（Ｖ／Ｋ）を測定し、測定したＺ値を利用して熱電性能指数（ＺＴ）を計算することができる。
（Ｖ／Ｋ）を測定し、測定したＺ値を利用して熱電性能指数（ＺＴ）を計算することができる。
【0105】
ここで、下部基板１１０とＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０の間に配置される下部電極１２０、そして上部基板１６０とＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０の間に配置される上部電極１５０は銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）およびニッケル（Ｎｉ）のうち少なくとも一つを含み、０．０１ｍｍ～０．３ｍｍの厚さを有することができる。下部電極１２０または上部電極１５０の厚さが０．０１ｍｍ未満の場合、電極として機能が落ちることになって電気伝導性能が低くなり得、０．３ｍｍを超過する場合、抵抗の増加によって伝導効率が低くなり得る。
【0106】
そして、相互に対向する下部基板１１０と上部基板１６０は金属基板であり得、その厚さは０．１ｍｍ～１．５ｍｍであり得る。金属基板の厚さが０．１ｍｍ未満であるか、１．５ｍｍを超過する場合、放熱特性または熱伝導率が過度に高くなり得るため、熱電素子の信頼性が低下し得る。また、下部基板１１０と上部基板１６０が金属基板である場合、下部基板１１０と下部電極１２０の間および上部基板１６０と上部電極１５０の間にはそれぞれ絶縁層１７０がさらに形成され得る。絶縁層１７０は１～２０Ｗ／ｍＫの熱伝導度を有する素材を含むことができる。この時、絶縁層１７０はエポキシ樹脂およびシリコン樹脂のうち少なくとも一つと無機物を含む樹脂組成物であるか、シリコンと無機物を含むシリコン複合体からなる層であるか、酸化アルミニウム層であり得る。ここで、無機物はアルミニウム、ホウ素、ケイ素などの酸化物、窒化物および炭化物のうち少なくとも一つであり得る。
【0107】
この時、下部基板１１０と上部基板１６０の大きさは異なるように形成されてもよい。
すなわち、下部基板１１０と上部基板１６０のうち一つの体積、厚さまたは面積は他の一つの体積、厚さまたは面積より大きく形成され得る。ここで、厚さは下部基板１１０から上部基板１６０に向かう方向に対する厚さであり得、面積は基板１１０から上部基板１６０に向かう方向に垂直な方向に対する面積であり得る。これに伴い、熱電素子の吸熱性能または放熱性能を高めることができる。好ましくは、下部基板１１０の体積、厚さまたは面積は上部基板１６０の体積、厚さまたは面積のうち少なくとも一つより大きく形成され得る。この時、下部基板１１０はゼーベック効果のために高温領域に配置される場合、ペルティエ効果のために発熱領域に適用される場合、または後述する熱電素子の外部環境から保護のためのシーリング部材が下部基板１１０上に配置される場合に、上部基板１６０より体積、厚さまたは面積のうち少なくとも一つをより大きくすることができる。この時、下部基板１１０の面積は上部基板１６０の面積対比１．２～５倍の範囲で形成することができる。下部基板１１０の面積が上部基板１６０に比べて１．２倍未満で形成される場合、熱伝達効率の向上に及ぼす影響は高くなく、５倍を超過する場合にはかえって熱伝達効率が顕著に落ち、熱電モジュールの基本形状を維持することが困難であり得る。
すなわち、下部基板１１０と上部基板１６０のうち一つの体積、厚さまたは面積は他の一つの体積、厚さまたは面積より大きく形成され得る。ここで、厚さは下部基板１１０から上部基板１６０に向かう方向に対する厚さであり得、面積は基板１１０から上部基板１６０に向かう方向に垂直な方向に対する面積であり得る。これに伴い、熱電素子の吸熱性能または放熱性能を高めることができる。好ましくは、下部基板１１０の体積、厚さまたは面積は上部基板１６０の体積、厚さまたは面積のうち少なくとも一つより大きく形成され得る。この時、下部基板１１０はゼーベック効果のために高温領域に配置される場合、ペルティエ効果のために発熱領域に適用される場合、または後述する熱電素子の外部環境から保護のためのシーリング部材が下部基板１１０上に配置される場合に、上部基板１６０より体積、厚さまたは面積のうち少なくとも一つをより大きくすることができる。この時、下部基板１１０の面積は上部基板１６０の面積対比１．２～５倍の範囲で形成することができる。下部基板１１０の面積が上部基板１６０に比べて１．２倍未満で形成される場合、熱伝達効率の向上に及ぼす影響は高くなく、５倍を超過する場合にはかえって熱伝達効率が顕著に落ち、熱電モジュールの基本形状を維持することが困難であり得る。
【0108】
また、下部基板１１０と上部基板１６０のうち少なくとも一つの表面には放熱パターン、例えば凹凸パターンが形成されてもよい。これに伴い、熱電素子の放熱性能を高めることができる。凹凸パターンがＰ型熱電レッグ１３０またはＮ型熱電レッグ１４０と接触する面に形成される場合、熱電レッグと基板間の接合特性も向上し得る。熱電素子１００は下部基板１１０、下部電極１２０、Ｐ型熱電レッグ１３０、Ｎ型熱電レッグ１４０、上部電極１５０および上部基板１６０を含む。
【0109】
図示されてはいないが、下部基板１１０と上部基板１６０の間にはシーリング部材がさらに配置されてもよい。シーリング部材は下部基板１１０と上部基板１６０の間で下部電極１２０、Ｐ型熱電レッグ１３０、Ｎ型熱電レッグ１４０および上部電極１５０の側面に配置され得る。これに伴い、下部電極１２０、Ｐ型熱電レッグ１３０、Ｎ型熱電レッグ１４０および上部電極１５０は外部の湿気、熱、汚染などからシーリングされ得る。
【0110】
この時、ダクト１１００上に配置される下部基板１１０はアルミニウム基板であり得、アルミニウム基板は第１表面１１１０および第２表面１１２０それぞれと熱伝達物質（ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｍａｔｅｒｉａｌ、ＴＩＭ）によって接着され得る。
アルミニウム基板は熱伝達性能が優秀であるため、熱電素子１２１０、１３１０の両面のうち一面と第１流体が流れるダクト１１００間の熱伝達が容易である。また、アルミニウム基板と第１流体が流れるダクト１１００が熱伝達物質（ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｔｅｒｆ
ａｃｅ ｍａｔｅｒｉａｌ、ＴＩＭ）によって接着されると、アルミニウム基板と第１流
体が流れるダクト１１００間の熱伝達が妨害を受けないことができる。ここで、熱伝達物質（ＴＩＭ）は熱伝達性能および接着性能を有する物質であり、例えばエポキシ樹脂およびシリコン樹脂のうち少なくとも一つおよび無機物を含む樹脂組成物であり得る。ここで、無機物はアルミニウム、ホウ素、ケイ素などの酸化物、炭化物または窒化物であり得る。
アルミニウム基板は熱伝達性能が優秀であるため、熱電素子１２１０、１３１０の両面のうち一面と第１流体が流れるダクト１１００間の熱伝達が容易である。また、アルミニウム基板と第１流体が流れるダクト１１００が熱伝達物質（ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｔｅｒｆ
ａｃｅ ｍａｔｅｒｉａｌ、ＴＩＭ）によって接着されると、アルミニウム基板と第１流
体が流れるダクト１１００間の熱伝達が妨害を受けないことができる。ここで、熱伝達物質（ＴＩＭ）は熱伝達性能および接着性能を有する物質であり、例えばエポキシ樹脂およびシリコン樹脂のうち少なくとも一つおよび無機物を含む樹脂組成物であり得る。ここで、無機物はアルミニウム、ホウ素、ケイ素などの酸化物、炭化物または窒化物であり得る。
【0111】
再び図３～図７を参照すると、第１熱電モジュール１２００、ダクト１１００および第２熱電モジュール１３００間のシーリングおよび断熱効果を高めるために、本発明の実施例に係る発電モジュールはシールド部材１６００および断熱部材１７００をさらに含むことができる。断熱部材１７００は、例えばダクト１１００の表面のうち第１熱電モジュール１２００および第２熱電モジュール１３００が配置された領域を除いた表面に配置され得る。これに伴い、第１流体および第２流体の熱損失を防止することができ、第１熱電モジュール１２００および第２熱電モジュール１３００それぞれの低温部および高温部間の温度差を大きくして発電モジュール性能を高めることができる。また、シールド部材１６００はダクト１１００の表面のうち第１熱電モジュール１２００および第２熱電モジュール１３００が配置された領域を除いた表面に配置され得る。第１熱電モジュール１２００および第２熱電モジュール１３００に連結された配線およびコネクタを外部の湿気または汚染から保護することができる。
【0112】
一方、ガイドプレート１８００は流体通過部２２００内で第２流体の流れをガイドするプレートであり、流体通過部２２００内に流入した第２流体はガイドプレート１８００に沿って流れた後に排出され得る。
【0113】
第１ガイドプレート１８００－１は第１熱電モジュール１２００と対向するように配置され、第２ガイドプレート１８００－２は第２熱電モジュール１３００と対向するように配置され得、第２流体は第１熱電モジュール１２００と第１ガイドプレート１８００－１の間および第２熱電モジュール１３００と第２ガイドプレート１８００－２の間を通過することができる。
【0114】
この時、ガイドプレート１８００－１、１８００－２の両側は流体収集プレート１８１０－１、１８１０－２および流体拡散プレート１８２０－１、１８２０－２に延長され得る。流体収集プレート１８１０－１、１８１０－２は流体通過部２２００の入口、すなわち第１連結部２４００に向かって延びるプレートであり、流体拡散プレート１８２０－１、１８２０－２は流体通過部２２００の出口、すなわち第２連結部２５００に向かって延びるプレートを意味し得る。この時、流体収集プレート１８１０－１、１８１０－２、ガイドプレート１８００－１、１８００－２および流体拡散プレート１８２０－１、１８２０－２は一体に連結されたプレートであり得る。第１熱電モジュール１２００に対向して配置された第１ガイドプレート１８００－１および第２熱電モジュール１３００に対向して配置された第２ガイドプレート１８００－２は一定の距離ｄ３を維持して対称に配置され得る。ここで、第１ガイドプレート１８００－１および第２ガイドプレート１８００－２間の距離ｄ３は第１ガイドプレート１８００－１から第２ガイドプレート１８００－２に向かう水平方向の距離であり得る。これによると、第２流体が第１熱電モジュール１２００および第１ガイドプレート１８００－１の間および第２熱電モジュール１３００および第２ガイドプレート１８００－２の間を一定の流速で通過できるため、均一な熱電性能を得ることができる。これに反し、第１ガイドプレート１８００－１から延びた第１流体収集プレート１８１０－１および第２ガイドプレート１８００－２から延びた第２流体収集プレート１８１０－２の間の距離ｄ４、ｄ４’は流体通過部２２００の入口に近づくほど遠ざかるように対称に配置され得る。ここで、第１流体収集プレート１８１０－１および第２流体収集プレート１８１０－２の間の距離は第１流体収集プレート１８１０－１から第２流体収集プレート１８１０－２に向かう水平方向の距離であり得る。これと同様に、第１ガイドプレート１８００－１から延びた第１流体拡散プレート１８２０－１および第２ガイドプレート１８００－２から延びた第２流体拡散プレート１８２０－２の間の距離も流体通過部２２００の出口に近づくほど遠ざかるように対称に配置され得る。これに伴い、流体通過部２２００の入口を通じて流入した第２流体は流体収集プレート１８１０－１、１８１０－２で集められた後に熱電モジュール１２００、１３００とガイドプレート１８００の間を通過し、流体拡散プレート１８２０－１、１８２０－２で拡散した後に流体通過部２２００の出口を通じて排出され得る。これによると、第２流体が熱電モジュール１２００、１３００とガイドプレート１８００の間を通過する前と通過した後の第２流体の圧力差を最小化できるため、第２流体が流体通過部２２００の入口方向に逆流する問題を防止することができる。
【0115】
この時、支持フレーム１９００は第１～第２ガイドプレート１８００－１、１８００－２、第１～第２流体収集プレート１８１０－１、１８１０－２および第１～第２流体拡散プレート１８２０－１、１８２０－２を支持する。すなわち、支持フレーム１９００は第１支持フレーム１９００－１および第２支持フレーム１９００－２を含み、第１支持フレーム１９００－１および第２支持フレーム１９００－２の間に第１～第２ガイドプレート１８００－１、１８００－２、第１～第２流体収集プレート１８１０－１、１８１０－２および第１～第２流体拡散プレート１８２０－１、１８２０－２が固定され得る。
【0116】
一方、本発明の実施例によると、分岐部１４００は流体通過部２２００に流入する第２流体を分岐することができる。分岐部１４００によって分岐された第２流体は第１熱電モジュール１２００と第１ガイドプレート１８００－１の間および第２熱電モジュール１３００と第２ガイドプレート１８００－２の間を通過することができる。
【0117】
分岐部１４００はダクト１１００の第１表面１１１０と第２表面１１２０の間に配置され得る。例えば、ダクト１１００の第３表面１１３０が第２流体が流入する方向に向かうように配置される場合、分岐部１４００はダクト１１００の第３表面１１３０側に配置され得る。または分岐部１４００は流体力学的な原理によってダクト１１００の第３表面１１３０に対向する第５表面１１５０側にも配置され得る。
【0118】
分岐部１４００はダクト１１００の第３表面１１３０上で第３表面１１３０の両端から第３表面１１３０の両端の間の中心に行くほど第３表面１１３０との距離が遠くなる形状を有することができる。すなわち、分岐部１１３０が配置される第３表面１１３０は第１表面１１１０および第２表面１１２０と略垂直であり、分岐部１４００はダクト１１００の第１表面１１１０および第２表面１１２０に対して傾斜するように配置され得る。例えば、分岐部１４００は傘状または屋根状を有することができる。これに伴い、第２流体、例えば廃熱が分岐部１４００を通じて分岐され、発電装置の両面に配置された第１熱電モジュール１２００および第２熱電モジュール１３００に接触するようにガイドされ得る。
すなわち、第２流体は分岐部１４００を通じて分岐され、第１熱電モジュール１２００と第１ガイドプレート１８００－１の間および第２熱電モジュール１３００と第２ガイドプレート１８００－２の間を通過することができる。
すなわち、第２流体は分岐部１４００を通じて分岐され、第１熱電モジュール１２００と第１ガイドプレート１８００－１の間および第２熱電モジュール１３００と第２ガイドプレート１８００－２の間を通過することができる。
【0119】
一方、第１熱電モジュール１２００の第１ヒートシンク１２２０の外側と第２熱電モジュール１３００の第２ヒートシンク１３２０の外側の間の幅Ｗ１は分岐部１４００の幅Ｗ２より大きくてもよい。ここで、第１ヒートシンク１２２０の外側と第２ヒートシンク１３２０の外側それぞれはダクト１１００に向かう側の反対側を意味し得る。ここで、第１ヒートシンク１２２０および第２ヒートシンク１３２０それぞれは複数の放熱フィンを含むことができ、複数の放熱フィンは気体の流れを妨げない方向に形成され得る。例えば、複数の放熱フィンは気体が流れる第２方向に沿って延びたプレート状を有することができる。または複数の放熱フィンは気体が流れる第２方向に沿って流路が形成されるようにフォールディングされている形状を有してもよい。この時、第１熱電モジュール１２００の第１ヒートシンク１２２０と第２熱電モジュール１３００の第２ヒートシンク１３２０の間の最大幅Ｗ１は、ダクト１１００を基準として第１ヒートシンク１２２０の最も遠い地点から第２ヒートシンク１３２０の最も遠い地点までの距離を意味し得、分岐部１４００の最大幅Ｗ２はダクト１１００の第３表面１１３０と最も近い領域での分岐部１４００の幅を意味し得る。これによると、第２流体の流れが分岐部１４００によって妨げられずに、第１ヒートシンク１２２０および第２ヒートシンク１３２０に直接伝達され得る。これに伴い、第２流体と第１ヒートシンク１２２０および第２ヒートシンク１３２０間の接触面積が大きくなることになって第１ヒートシンク１２２０および第２ヒートシンク１３２０が第２流体から受ける熱量が増加し、発電モジュールの効率が高くなり得る。
【0120】
一方、第１ガイドプレート１８００－１は第１熱電モジュール１２００の第１ヒートシンク１２２０と所定間隔離隔するように対称に配置され、第２ガイドプレート１８００－２は第２熱電モジュール１３００の第２ヒートシンク１３２０と所定間隔離隔するように対称に配置され得る。ここで、ガイドプレート１８００－１、１８００－２と各熱電モジュールのヒートシンク間の間隔は各熱電モジュールのヒートシンクと接触する第２流体がヒートシンクを通過する前と後の圧力差に影響を及ぼし得、これに伴い、発電モジュール性能に影響を及ぼし得る。
【0121】
本発明の実施例によると、発電モジュール性能を最適化させるために要求される間隔でガイドプレート１８００－１、１８００－２と各熱電モジュールのヒートシンク間の間隔を維持しようとする。
【0122】
【0123】
図１０（ａ）および図１０（ｂ）を参照すると、分岐部１４００とガイドプレート１８００－１、１８００－２間の水平方向の最短距離ｄ１に対するヒートシンク１２２０、１３２０とガイドプレート１８００－１、１８００－２間の水平方向の最短距離ｄ２の比は０．０６２５～０．２５、好ましくは０．０６２５～０．１６７であり得る。ここで、水平方向は第１ガイドプレート１８００－１から第２ガイドプレート１８００－２に向かう方向と定義され得る。もし、図１０（ｂ）で図示された通り、ガイドプレート１８００－１、１８００－２が分岐部１４００の水平方向に配置されず、分岐部１４００の水平方向に流体収集プレート１８１０－１、１８１０－２が配置された場合、すなわち、第１流体収集プレート１８１０－１、分岐部１４００および第２流体収集プレート１８１０－２が水平方向に順次配置され、第１流体収集プレート１８１０－１と第１ガイドプレート１８００－１間の境界および第２流体収集プレート１８１０－２と第２ガイドプレート１８００－２間の境界が分岐部１４００と熱電モジュール１２００、１３００の間の第１表面１１１０および第２表面１１２０に水平方向に配置された場合、分岐部１４００とガイドプレート１８００－１、１８００－２間の水平方向の最短距離ｄ１は熱電モジュール１２００、１３００と対向するガイドプレート１８００－１、１８００－２の仮想の延長面１８００－Ｅ１、１８００－Ｅ２と分岐部１４００間の水平方向の最短距離を意味し得る。
【0124】
このような条件を満足するために、分岐部１４００とガイドプレート１８００－１、１８００－２間の最短距離ｄ１に対するヒートシンク１２２０、１３２０とガイドプレート１８００－１、１８００－２間の最短距離ｄ２の比は０．２５以下、好ましくは０．０６２５～０．２５、さらに好ましくは０．０６２５～０．１６７であり得る。
【0125】
例えば、ヒートシンク１２２０、１３２０の水平方向の長さは６．５～１５ｍｍであり得る。そして、ヒートシンク１２２０、１３２０とガイドプレート１８００－１、１８００－２間の水平方向の最短距離ｄ２は５ｍｍ以下、好ましくは１～５ｍｍ、さらに好ましくは１～３ｍｍであり得る。これに伴い、分岐部１４００とガイドプレート１８００－１、１８００－２間の水平方向の最短距離は６．５～２０ｍｍであり得る。
【0126】
例えば、第１ヒートシンク１２２０の長さが１５ｍｍである場合、第１ヒートシンク１２２０と第１ガイドプレート１８００－１間の最短距離ｄ１は５ｍｍ以下、好ましくは１～５ｍｍ、さらに好ましくは１～３ｍｍであり得る。
【0127】
これによると、第２流体が熱電モジュール１２００、１３００を通過する前と通過した後の第２流体の圧力差を最小化し、第２流体の流動空間を最適化することができる。これに伴い、第２流体と熱電モジュール１２００、１３００のヒートシンク１２２０、１３２０間の接触面積が最大化されて熱電モジュール１２００、１３００の高温部と低温部間の温度差を高くすることができ、結果として発電性能を高めることができる。
【0128】
一方、本発明の実施例によると、分岐部１４００とガイドプレート１８００－１、１８００－２間の最短距離ｄ１に対するヒートシンク１２２０、１３２０とガイドプレート１８００－１、１８００－２間の最短距離ｄ２の比は０．２５以下、好ましくは０．０６２５～０．２５、さらに好ましくは０．０６２５～０．１６７に維持するために、ダクト１１００とガイドプレート１８００－１、１８００－２を離隔させる離隔部材１５００をさらに含むことができる。
【0129】
図１１は、本発明の一実施例に係る発電装置の平面図である。
【0130】
図１１を参照すると、離隔部材１５００はガイドプレート１８００－１、１８００－２およびダクト１１００と接触し、ガイドプレート１８００－１、１８００－２とダクト１１００の間を所定間隔で離隔させることができる。ここで、接触は直接接触することだけでなく、他の媒介体を通じて間接接触することも意味し得る。
【0131】
本発明の実施例によると、離隔部材１５００はダクト１１００の第１表面１１１０と第２表面１１２０の間に配置され得る。分岐部１４００がダクト１１００の第１表面１１１０と第２表面１１２０の間の第３表面１１３０に配置された場合、離隔部材１５００はダクト１１００の第１表面１１１０と第２表面１１２０の間で第３表面１１３０に垂直となるように配置される第４表面１１４０に配置され得る。
【0132】
ここで、分岐部１４００が配置される第３表面１１３０は第２流体が流入する方向に配置された表面であり、離隔部材１５００が配置される第４表面１１４０は第１流体が流入する方向に配置された表面であり得る。
【0133】
本発明の一実施例によると、離隔部材１５００はダクト１１００の第１表面１１１０と第１ガイドプレート１８００－１間の水平距離およびダクト１１００の第２表面１１２０と第２ガイドプレート１８００－２間の水平距離を所定距離で離隔させる。これに伴い、第１熱電モジュール１２００の第１ヒートシンク１２２０と第１ガイドプレート１８００－１間の水平距離および第２熱電モジュール１３００の第２ヒートシンク１３２０と第２ガイドプレート１８００－２間の水平距離が所定距離で離隔し得る。この時、離隔部材１５００は断熱材を含むことができる。これに伴い、ガイドプレート１８００－１、１８００－２に沿って流れる第２流体とダクト１１００内部を流れる第１流体の間を断熱することができる。
【0134】
このために、離隔部材１５００は分岐部１４００が配置されたダクト１１００の第３表面１１３０と垂直な第４表面１１４０に配置された第１領域１５１０、第１領域１５１０から第１表面１１１０に向かって延びた第２領域１５２０、そして第１領域１５１０から第２表面１１２０に向かって延びた第３領域１５３０を含むことができる。この時、第２領域１５２０の第１面１５２２は第１表面１１１０に配置され、第２領域１５２０の第２面１５２４は第１ガイドプレート１８００－１に配置され得る。そして、第３領域１５３０の第１面１５３２は第２表面１１２０に配置され、第３領域１５３０の第２面１５３４は第２ガイドプレート１８００－２に配置され得る。これに伴い、ダクト１１００の第１表面１１１０と第１ガイドプレート１８００－１は第２領域１５２０の第１面１５２２および第２面１５２４間の距離Ｔだけ離隔し得、ダクト１１００の第２表面１１２０と第２ガイドプレート１８００－２は第３領域１５３０の第１面１５３２および第２面１５３４間の距離Ｔだけ離隔し得、ヒートシンクとガイドプレートが所定距離ｔを維持できるため、第２流体の圧力差および第２流体の流動空間が最適化され得る。本明細書で、第２流体の圧力差は第２流体が熱電モジュールのヒートシンクを通過する前と通過した後の第２流体の圧力差を意味し得る。ヒートシンクの長さがｌである場合、ヒートシンクの長さｌおよびヒートシンクとガイドプレート間の距離ｔの和は離隔部材１５００の第２領域の第１面１５２２および第２面１５２４間の距離Ｔまたは離隔部材１５００の第３領域の第１面１５３２および第２面１５３４間の距離Ｔ間の距離、すなわちダクト１１００とガイドプレート１８００間の距離と同一であり得る。
【0135】
以下、本発明の実施例に係る発電装置でヒートシンクの長さｌおよびヒートシンクとガイドプレート間の距離ｔによる性能をシミュレーションした結果を説明しようとする。
【0136】
表１はヒートシンクの長さおよびヒートシンクとガイドプレート間の距離による熱電素子の温度差および第２流体が熱電モジュールのヒートシンクを通過する前と通過した後の第２流体の圧力差を表し、図１２（ａ）はヒートシンクの長さｌに対するヒートシンクとガイドプレート間の距離（ｔ、ｍｍ）と熱電素子の温度差（ＤＴ、Ｋ）間の関係を示し、図１２（ｂ）はヒートシンクの長さｌに対するヒートシンクとガイドプレート間の距離（ｔ、ｍｍ）と第２流体の圧力差（ＤＰ、ｍｍＨ２Ｏ）間の関係を示し、図１２（ｃ）は熱電素子の温度差（ＤＴ、Ｋ）と第２流体の圧力差（ＤＰ、ｍｍＨ２Ｏ）を補正してヒートシンクとガイドプレート間の距離（ｔ、ｍｍ）との関係を示したグラフである。
【0137】
【表1】
【0138】
表１～図１２（ａ）～図１２（ｃ）を参照すると、Ｎｏ．３およびＮｏ．７を比較すると、ヒートシンクの長さが長くなるほどヒートシンクと第２流体の接触面積が広くなるので、熱電素子の高温部と低温部間の温度差が大きくなることが分かる。そして、Ｎｏ．１～Ｎｏ．５とＮｏ．６を比較すると、ガイドプレートがある場合、ヒートシンクと第２流体の接触面積が広くなるので、熱電素子の高温部と低温部間の温度差が大きいが、ヒートシンクとガイドプレート間の距離が広くなってガイドプレートの機能ができないＮｏ．６では熱電素子の高温部と低温部間の温度差が非常に低くなることが分かる。また、Ｎｏ．１～Ｎｏ．５を比較すると、ヒートシンクとガイドプレート間の距離が大きくなるほど熱電素子の高温部と低温部間の温度差が減少し、第２流体が熱電モジュールを通過する前と通過した後の第２流体の圧力差が減少することが分かる。ただし、発電性能は熱電素子の温度差に比例し、第２流体の圧力差に反比例する。これに伴い、発電性能を最適化するヒートシンクとガイドプレート間の距離を捜し出すために、熱電素子の温度差および第２流体の圧力差を反比例関係に変換し、同時比較のために一定比率で変位を有するように補正して図１２（ｃ）のグラフを導き出した。これによると、二つの数値の和はヒートシンクとガイドプレート間の距離が１～３ｍｍである場合に高い値を有することが分かる。
【0139】
一方、以上では一対のガイドプレートに対して一つの発電装置が配置されるものとして説明しているが、これに制限されるものではない。一対のガイドプレートの間に複数の発電装置が配置されてもよい。
【0140】
図１３は、本発明の他の実施例に係る発電システムを示す。
【0141】
図１３を参照すると、本発明の他の実施例に係る発電システム２０は隣り合って配置される複数の発電装置１０００－１、．．．１０００－Ｎを含む。各発電装置１０００－１、．．．、１０００－Ｎは冷却部１１００－１、．．．、１１００－Ｎ、冷却部１１００－１、．．．、１１００－Ｎの第１表面に配置された第１熱電モジュール１２００－１、．．．、１２００－Ｎ、冷却部１１００－１、．．．、１１００－Ｎの第２表面に配置された第２熱電モジュール１３００－１、．．．、１３００－Ｎ、そして冷却部１１００－１、．．．、１１００－Ｎの第１表面および第２表面の間に配置された離隔部材１５００－１、．．．、１５００－Ｎを含み、各発電装置１０００－１、．．．、１０００－Ｎの第１ヒートシンク（１２２０－１、．．．、１２２０－Ｎおよび第２ヒートシンク１３２０－１、．．．、１３２０－Ｎのうち一つは隣り合う発電装置１０００－１、．．．、１０００－Ｎの第１ヒートシンク（１２２０－１、．．．、１２２０－Ｎおよび第２ヒートシンク１３２０－１、．．．、１３２０－Ｎのうち一つと離隔し、各発電装置１０００－１、．．．、１０００－Ｎの離隔部材１５００－１、．．．、１５００－Ｎは隣り合う発電装置１０００－１、．．．、１０００－Ｎの離隔部材１５００－１、．．．、１５００－Ｎと接触する。この時、複数の発電装置１０００－１、．．．、１０００－Ｎのうち一つである第１発電装置１０００－１の第１ヒートシンク１２２０－１と離隔するように配置された第１ガイドプレート１８００－１、そして複数の発電装置１０００－１、・、１０００－Ｎのうち他の一つの第２発電装置１０００－Ｎの第２ヒートシンク１３２０－Ｎと離隔するように配置された第２ガイドプレート１８００－２をさらに含み、第１発電装置１０００－１の離隔部材１５００－１は第１ガイドプレート１８００－１と接触し、第２発電装置１０００－Ｎの離隔部材１５００－Ｎは第２ガイドプレート１８００－Ｎと接触することができる。そして、第１発電装置１０００－１と第２発電装置１０００－Ｎの間には残りの発電装置が配置され得る。
【0142】
一方、本発明の実施例に係る発電装置に含まれるダクトの内部は次のような流路設計を有することができる。
【0143】
図１４は本発明の一実施例に係る発電モジュールの上面図であり、図１５は本発明の一実施例に係る冷却部の断面図であり、図１６は本発明の他の実施例に係る冷却部の断面図であり、図１７は本発明のさらに他の実施例に係る冷却部の断面図であり、図１８は本発明のさらに他の実施例に係る冷却部の断面図である。
【0144】
図１４を参照すると、本発明の一実施例に係る発電モジュールは冷却部１１００および冷却部１１００の第１表面１１１０に配置された第１熱電モジュール１２００を含む。図１～図９を参照して説明した通り、冷却部１１００は本明細書でダクト１１００と混用され得る。冷却部１１００の第１表面１１１０に対向する第２表面１１２０には第２熱電モジュール１３００がさらに配置され得る。
【0145】
冷却部１１００の第１表面１１１０に垂直な他表面、すなわち第４表面１１４０には流体流入部１１４２および流体排出部１１４４が離隔して配置され、冷却部１１００の一つの領域Ａ１には流体収容部３００が配置される。本明細書で、冷却部１１００の第１表面１１１０および第２表面１１２０には第１熱電モジュール１２００および第２熱電モジュール１３００が配置されるため、冷却部１１００の第１表面１１１０および第２表面１１２０は冷却部１１００の一面および他面と指称され得る。また、冷却部１１００の第１表面１１１０および第２表面１１２０の間の第３～第６表面１１３０～１１６０は冷却部１１００の側面または外側面と指称され得る。または本明細書で、冷却部１１００の第１表面１１１０～第６表面１１６０はそれぞれ第１面１１１０～第６面１１６０と指称されてもよい。流体流入部１１４２に流入した第１流体は流体収容部３００を通過した後、流体排出部１１４４を通じて排出され得る。ここで、流体流入部１１４２および流体排出部１１４４の配置順は図示された通りに制限されるものではなく、流体流入部１１４２および流体排出部１１４４の位置は反対であってもよい。流体流入部１１４２および流体排出部１１４４は冷却部１１００の第４表面１１４０に突出して形成される。これに伴い、本明細書で、流体流入部１１４２および流体排出部１１４４は突出部と指称され得る。
【0146】
本発明の一実施例によると、冷却部１１００の一つの領域Ａ１の表面には第１熱電モジュール１２００が配置される。これに伴い、流体収容部３００が配置された領域に第１熱電モジュール１２００の熱電レッグが配置され得る。冷却部１１００を通過する第１流体より高い温度を有する第２流体は冷却部１１００の第３表面１１３０からこれに対向する第５表面１１５０に向かう方向に熱電モジュール１２００のヒートシンクを通過することができる。
【0147】
一方、冷却部１１００と第１熱電モジュール１２００間の結合のために結合部材４００が利用され得る。冷却部１１００の両表面に第１熱電モジュール１２００および第２熱電モジュール１３００を対称に配置するために、結合部材４００は第１熱電モジュール１２００、冷却部１１００および第２熱電モジュール１３００を通過するように配置され得、このために、冷却部１１００には結合部材４００が通過するための複数の貫通ホールＳ１～Ｓ４が形成され得る。複数の貫通ホールＳ１～Ｓ４は第１熱電モジュール１２００および第２熱電モジュール１３００が配置される冷却部１１００の両面を貫通するように配置され得る。
【0148】
この時、複数の貫通ホールＳ１～Ｓ４は流体収容部３００が配置される領域である冷却部１１００の一つの領域Ａ１内で流体収容部３００と離隔して配置され得る。すなわち、複数の貫通ホールＳ１～Ｓ４は流体収容部３００と独立して形成され得、これに伴い、流体収容部３００を通過する第１流体が複数の貫通ホールＳ１～Ｓ４を通じて外部に流出される問題を防止することができる。
【0149】
一方、冷却部１１００の一つの領域Ａ１の側面に配置された冷却部１１００の他の領域Ａ２の第１表面１１１０には第１熱電モジュール１２００に連結される配線部（図示されず）および配線部をカバーするシールド部材１６００がさらに配置され得る。冷却部１１００とシールド部材１６００間の結合のために結合部材５００が利用され得、冷却部１１００の他の領域Ａ２には冷却部１１００とシールド部材１６００間の結合のための結合部材５００が通過するための複数の貫通ホールＳ５～Ｓ６が形成され得る。すなわち、複数の貫通ホールＳ５～Ｓ６は流体収容部３００が配置される領域である冷却部１１００の一つの領域Ａ１しか流体収容部３００と重ならないように形成され得る。この時、複数の貫通ホールＳ５～Ｓ６は配線部の位置を考慮して配置され得る。すなわち、熱電モジュールに連結される配線部は熱電モジュールの熱電素子に連結される連結電極（図示されず）、連結電極上に配置されるコネクタ６００およびコネクタ６００に連結される電線（図示されず）を含むことができる。この時、複数の貫通ホールＳ５～Ｓ６はコネクタ６００の位置を避けて配置され得る。これに伴い、貫通ホールＳ５は複数の貫通ホールＳ１、Ｓ２より第４表面１１４０にさらに隣接するように配置され得、貫通ホールＳ６は複数の貫通ホールＳ３、Ｓ４より第６表面１１６０にさらに隣接するように配置され得る。
【0150】
ここで、複数の貫通ホールＳ１～Ｓ６の位置および個数は例示的なものであり、本発明の実施例はこれに制限されるものではない。
【0151】
以下、図１５～図１８を利用して冷却部の流体収容部の形状および貫通ホールの配置関係に関する多様な実施例を説明しようとする。以下、流体収容部は流体流入部１１４２から流体排出部１１４４までの流路を形成できるため、流路と指称されてもよい。
【0152】
図１５を参照すると、冷却部１１００内の流体収容部３００は熱電モジュール１２００、１３００が配置される領域に対応する領域である冷却部１１００のＡ１領域に配置され、流体流入部１１４２に流入した第１流体は流体収容部３００を通過した後、流体排出部１１４４から排出され得る。
【0153】
ここで、流体収容部３００は別途の流路管を形成しておらず、流体収容部３００と離隔するように複数の貫通ホールＳ１～Ｓ４が配置され得る。これに伴い、これによると、流体収容部３００が配置された領域と熱電モジュール１２００、１３００が配置された領域が対応するため、熱電モジュールの低温部は高い冷却性能を得ることができる。また、冷却部１１００の第１領域Ａ１内に貫通ホールＳ１～Ｓ４が形成されるため、第１熱電モジュール１２００冷却部１１００および第２熱電モジュール１３００は結合部材４００を通じて直接結合され得るとともに、貫通ホールＳ１～Ｓ４が流体収容部３００と離隔して独立的に形成されるため、貫通ホールＳ１～Ｓ４を通じて流体収容部３００内の第１流体が外部に流出される問題を防止することができる。
【0154】
またはず１６～図１８を参照すると、流体収容部３００は流体流入部１１４２から流体排出部１１４４まで連結される流路の形態を有することができ、流体流入部１１４２に流入した第１流体は流路に沿って流れた後、流体排出部１１４４を通じて排出され得る。このように、流体収容部３００が流路の形態を有する場合、流路の配置構造により最小限の流量で第１流体が第１熱電モジュール１２００および第２熱電モジュール１３００が配置されたＡ１領域を全体的に通過することができる。この時、流路の直径は流体流入部１１４２の直径および流体排出部１１４４の直径の０．３～０．９倍、好ましくは０．４～０．８倍、さらに好ましくは０．５～０．７倍であり得る。これによると、流路を通過する第１流体の流速をはやくして熱電モジュールの冷却性能を高めることができる。
【0155】
この時、流路は複数の貫通ホールＳ１～Ｓ４と離隔し、複数の貫通ホールＳ１～Ｓ４のうち少なくとも一部を囲むように配置され得る。これによると、貫通ホールＳ１～Ｓ４を通じて流体収容部３００内の第１流体が外部に流出される問題を防止することができる。
【0156】
例えば、図１６を参照すると、流体収容部３００は流体流入部１１４２または流体排出部１１４４で流路に向かう方向、すなわちＸ１方向に平行に配置される複数の第１流路部３１０－１、．．．、３１０－ｎを含むことができ、平行に配置される複数の第１流路部３１０－１、．．．３１０－ｎは複数のベンディング部３３０－１、．．．、３３０－ｌを通じて連結され得る。
【0157】
ここで、複数の第１流路部３１０－１、．．．、３１０－ｎは流体流入部１１４２および流体排出部１１４４が配置された第４表面１１４０から第４表面１１４０に対向する第６表面１１６０に向かうＸ１方向に延長され得る。この時、複数の第１流路部３１０－１、．．．、３１０－ｎのうち少なくとも一つは第１方向に沿って真っすぐに配置される直線部であり得る。
【0158】
この時、平行に隣り合って配置される二つの流路部間の間隔のうち一部は平行に隣り合って配置される二つの流路部間の間隔のうち他の一部と異なり得る。
【0159】
例えば、平行に隣り合って配置される二つの第１流路部３１０－１、３１０－２間の間隔は第１間隔ｄ１であり、平行に隣り合って配置される二つの第１流路部３１０－３、３１０－４間の間隔は第１間隔ｄ１より大きい第２間隔ｄ２であり得る。
【0160】
一方、複数の流路部の間の一つの領域には結合部材４００が配置されるための貫通ホールＳ１～Ｓ４が配置され得、複数の流路部の間の他の領域には結合部材４００が配置されるための貫通ホールＳ１～Ｓ４が配置されなくてもよい。
【0161】
この時、結合部材４００が配置されるための貫通ホールＳ１～Ｓ４が形成される領域で二つの第１流路部の間のＸ１方向に垂直なＸ２方向の幅は、結合部材４００が配置されるための貫通ホールＳ１～Ｓ４が形成されない領域で二つの第１流路部の間のＸ１方向に垂直なＸ２方向の幅より大きくてもよい。すなわち、第２間隔ｄ２をなす二つの第１流路部３１０－３、３１０－４の間には複数の貫通ホールＳ１～Ｓ４のうち少なくとも一部Ｓ１、Ｓ３が配置され得る。これによると、第１流路部３１０は複数の貫通ホールＳ１～Ｓ４が形成された領域と重ならないように複数の貫通ホールＳ１～Ｓ４を回避して配置され得る。
【0162】
そして、平行に配置された複数の第１流路部３１０－１、．．．、３１０－ｎのうち縁に配置された二つの第１流路部３１０－１、３１０－２および二つの第１流路部３１０－ｎ－１、３１０－ｎ間の間隔は第１間隔ｄ１であり得る。これによると、熱電モジュールの全体領域で均一な熱電性能を得ることができる。特に、流体排出部１１４４から排出される第１流体の温度は流体流入部１１４２に流入した第１流体の温度より高くなり得るため、流体排出部１１４４と近づくほど第１流体の冷却性能は低くなり得る。これに伴い、流体排出部１１４４と近づくほど平行に隣り合って配置される二つの流路部間の間隔を狭く配置すると、熱電モジュールの全体領域で均一な熱電性能を得ることが可能である。
【0163】
図１７を参照すると、流体収容部３００は平行に配置される複数の第２流路部３２０－１、．．．、３２０－ｍを含むことができ、平行に配置される複数の第２流路部３２０－１、．．．、３２０－ｍは複数のベンディング部３３０－１、．．．、３３０－ｌを通じて連結され得る。
【0164】
複数の第２流路部３２０－１、．．．、３２０－ｍは流体流入部１１４２および流体排出部１１４４が配置された第４表面１１４０に水平なＸ２方向に平行に配置され得る。この時、複数の第２流路部３２０－１、．．．、３２０－ｍのうち少なくとも一つは第２方向に沿って真っすぐに配置される直線部であり得る。
【0165】
この時、平行に隣り合って配置される二つの流路部間の間隔のうち一部は平行に隣り合って配置される二つの流路部間の間隔のうち他の一部と異なり得る。
【0166】
例えば、平行に隣り合って配置される二つの第２流路部３２０－１、３２０－２間の間隔は第２間隔ｄ２であり、平行に隣り合って配置される二つの第２流路部３２０－ｍ－１、３２０－ｍ間の間隔は第２間隔ｄ２より狭い第１間隔ｄ１であり得る。
【0167】
一方、複数の流路部の間の一つの領域には結合部材４００が配置されるための貫通ホールＳ１～Ｓ４が配置され得、複数の流路部の間の他の領域には結合部材４００が配置されるための貫通ホールＳ１～Ｓ４が配置されなくてもよい。
【0168】
この時、結合部材４００が配置されるための貫通ホールＳ１～Ｓ４が形成される領域で二つの第２流路部の間のＸ２方向に垂直なＸ１方向の幅は、結合部材４００が配置されるための貫通ホールＳ１～Ｓ４が形成されない領域で二つの第２流路部の間のＸ２方向に垂直なＸ１方向の幅より小さくてもよい。例えば、図示された通り、二つの流路部３２０－１、３２０－２の間には結合部材４００が配置されるための貫通ホールＳ１～Ｓ４が形成され、二つの流路部３２０－２、３２０－３の間には結合部材４００が配置されるための貫通ホールＳ１～Ｓ４が形成されなくてもよい。この時、二つの流路部３２０－１、３２０－２の間の間隔はｄ２であり、二つの流路部３２０－２、３２０－３の間の間隔であるｄ３より小さくてもよい。
【0169】
これによると、流路３２０は複数の貫通ホールＳ１～Ｓ４が形成された領域と重ならないように複数の貫通ホールＳ１～Ｓ４を回避して配置され得る。
【0170】
そして、流体流入部１１４２および流体排出部１１４４が配置された第４表面１１４０から遠ざかるほど平行に隣り合って配置された流路部肝の間隔が狭くなってもよい。例えば、平行に隣り合って配置される二つの第２流路部３２０－ｍ－１、３２０－ｍ間の間隔は第２間隔ｄ２より小さい第１間隔ｄ１であり得る。これによると、熱電モジュールの全体領域で均一な熱電性能を得ることができる。特に、流体流入部１１４２に流入した第１流体の温度は流体流入部１１４２から遠ざかるほど高くなり得る。これに伴い、流体流入部１１４２と遠ざかるほど平行に隣り合って配置される二つの流路部間の間隔を狭く配置すると、熱電モジュールの全体領域で均一な熱電性能を得ることが可能である。
【0171】
一方、本発明のさらに他の実施例によると、流路の一部はＸ１方向に平行に配置され、他の一部はＸ２方向に平行に配置されるものの、くねくねとした複数の曲率流路を含んでもよい。流路が複数の曲率流路を含む場合、単位面積当たりに配置される流路の長さが長くなり得るため、熱電モジュールの低温部側の冷却性能が改善され得る。
【0172】
図１８を参照すると、冷却部１１００は第４表面１１４０から第４表面１１４０に対向する第６表面１１６０まで同じ高さを有するように順次配置された第１領域Ｂ１、第２領域Ｂ２および第３領域Ｂ３を含むことができる。この時、複数の貫通ホールＳ１～Ｓ４のうち一部Ｓ１、Ｓ２は他の一部Ｓ３、Ｓ４より第４表面１１４０にさらに近く配置され得、貫通ホールＳ１および貫通ホールＳ２それぞれと第４表面１１４０間の距離は同一であってもよい。例えば、複数の貫通ホールＳ１～Ｓ４のうち一部Ｓ１、Ｓ２は第１領域Ｂ１に配置され、他の一部Ｓ３、Ｓ４は第３領域Ｂ３に配置され得る。
【0173】
ここで、複数の貫通ホールＳ１～Ｓ４に配置される結合部材４００は冷却部１１００の第１表面１１１０から第２表面１１２０に向かう方向に沿って流路と重ならないことができる。これに伴い、流路に沿って流れる第１流体が貫通ホールＳ１～Ｓ４を通じて外部に流出される問題を防止することができる。
【0174】
この時、複数の貫通ホールＳ１～Ｓ２および複数の貫通ホールＳ３～Ｓ４は流路とＸ１方向に重なり得る。そして、複数の貫通ホールＳ５～Ｓ６は流路とＸ１方向に重ならないことができる。前述した通り、複数の貫通ホールＳ５～Ｓ６は流路が配置された領域ではない配線部が配置される領域に位置するものであり、配線部のコネクタの位置を考慮して貫通ホールＳ５は複数の貫通ホールＳ１、Ｓ２より第４表面１１４０にさらに隣接するように配置され得、貫通ホールＳ６は複数の貫通ホールＳ３、Ｓ４より第６表面１１６０にさらに隣接するように配置され得る。
【0175】
一方、冷却部１１００を流路とＸ２方向に重なるＲ１領域、Ｒ１領域と第３表面１１３０の間に位置したＲ２領域およびＲ１領域と第５表面１１５０の間に位置したＲ３領域に区分してもよい。図示された通り、Ｒ３領域のＸ２方向の幅はＲ２領域のＸ２方向の幅より大きくてもよく、結合部材５００が配置されるための複数の貫通ホールＳ５～Ｓ６はＲ３領域に形成され得る。すなわち、流路と第５表面１１５０間の水平距離は流路と第３表面１１３０間の水平距離より大きくてもよく、これに伴い、コネクタＣを含む配線部はＲ３領域に配置され得、流体流入部１１４２および流体排出部１１４４は複数の貫通ホールＳ５～Ｓ６とＸ１方向に重ならないように配置され得る。
【0176】
流路は冷却部１１００のＲ１領域内でＸ１方向に平行に配置された複数の第１流路３１０－１、．．．、３１０－ｎおよびＸ１方向に垂直なＸ２方向に平行に配置された複数の第２流路３２０－１、．．．、３２０－ｍ、複数の第１流路３１０－１、．．．、３１０－ｎのうち一つおよび複数の第２流路３２０－１、．．．、３２０－ｍのうち一つを連結したり、複数の第１流路３１０－１、．．．、３１０－ｎを連結したり、複数の第２流路３２０－１、．．．、３２０－ｍを連結する複数のベンディング部３３０－１、．．．、３３０－ｌを含むものの、くねくねとした流路をさらに含むことができる。Ｘ１方向に沿って配置された流路とＸ２方向に沿って配置された流路が交互に配置されて螺旋状をなしてもよい。
【0177】
図１８に図示された通り、本発明の実施例によると、冷却部１１００の流体流入部１１４２および流体排出部１１４４の間を循環する第１流体は螺旋状を有することができる。
すなわち、流路は冷却部１１００の流体流入部１１４２および流体排出部１１４４のうち一つから冷却部１１００の中心部Ｃに向かって延びる第１螺旋状流路および中心部Ｃから冷却部１１００の流体流入部１１４２および流体排出部１１４４のうち他の一つに向かって延びる第２螺旋状流路を含むことができる。この時、第４表面１１４０に隣接するように配置され、非規則的な流路を有する第３流路部３４０および冷却部１１００の中心部Ｃに隣接するように配置され、規則的な周期を有する第４流路部３５０は第１螺旋状流路に含まれ得る。そして、第１螺旋状流路はＸ４方向に沿って延びる第２流路部３２０－４を含み、第２螺旋状流路は複数の第２流路部３２０－１、３２０－２、３２０－３、３２０－ｍを含むことができる。この時、第２流路部３２０－３、３２０－５は第２流路部３２０－２と第６表面１１６０の間に配置され、第２流路部３２０－１は第２流路部３２０－２と第４表面１１４０の間に配置され、第４流路部３５０は第２流路部３２０－１と第２流路部３２０－２の間に配置され得る。この時、複数の貫通ホールＳ３、Ｓ４は第２流路部３２０－２および第２流路部３２０－３の間に配置され得る。
すなわち、流路は冷却部１１００の流体流入部１１４２および流体排出部１１４４のうち一つから冷却部１１００の中心部Ｃに向かって延びる第１螺旋状流路および中心部Ｃから冷却部１１００の流体流入部１１４２および流体排出部１１４４のうち他の一つに向かって延びる第２螺旋状流路を含むことができる。この時、第４表面１１４０に隣接するように配置され、非規則的な流路を有する第３流路部３４０および冷却部１１００の中心部Ｃに隣接するように配置され、規則的な周期を有する第４流路部３５０は第１螺旋状流路に含まれ得る。そして、第１螺旋状流路はＸ４方向に沿って延びる第２流路部３２０－４を含み、第２螺旋状流路は複数の第２流路部３２０－１、３２０－２、３２０－３、３２０－ｍを含むことができる。この時、第２流路部３２０－３、３２０－５は第２流路部３２０－２と第６表面１１６０の間に配置され、第２流路部３２０－１は第２流路部３２０－２と第４表面１１４０の間に配置され、第４流路部３５０は第２流路部３２０－１と第２流路部３２０－２の間に配置され得る。この時、複数の貫通ホールＳ３、Ｓ４は第２流路部３２０－２および第２流路部３２０－３の間に配置され得る。
【0178】
このように、流路が冷却部で熱電モジュールの熱電レッグが配置された領域で螺旋状に循環し、曲率を有する第３流路部３４０および第４流路部３５０が本発明の実施例の通りに配置される場合、熱電モジュールの低温部側の冷却性能を最大化することができる。
【0179】
さらに具体的には、本発明の実施例によると、流路はＸ２方向に沿ってくねくねとするように延びる複数の曲率流路である第３流路部３４０を含むことができる。第３流路部３４０は複数の貫通ホールＳ１、Ｓ３と流体流入部１１４２および流体排出部１１４４の間に配置され得、屈曲部と指称され得る。第３流路部３４０の総長さｌは第３流路３４０が配置された領域でＸ２方向の直線距離ｌ’より長くてもよい。第３流路部３４０は冷却部１１００の第１領域Ｂ１に配置され得る。
【0180】
第１領域Ｂ１は第１領域Ｂ１～第３領域Ｂ３のうち流体流入部１１４２および流体排出部１１４４に最も近い領域である。流体流入部１１４２に流入した第１流体はＸ１方向に流体収容部３００に流入し、流体収容部３００を循環した第１流体はＸ１方向の反対方向であるＸ２方向に沿って流体排出部１１４４から排出され得る。これに伴い、第１領域Ｂ１内流体流入部１１４２および流体排出部１１４４の間に流路を別途に配置しない場合、第１流体が到達しないデッドゾーンが発生し得る。
【0181】
このような問題を解決するために、本発明の実施例の通り、第１領域Ｂ１に複数の曲率流路である第３流路部３４０が配置されると、デッドゾーンの面積が最小化され得、熱電モジュールの全体領域で均一な熱電性能を得ることが可能である。
【0182】
さらに具体的には、第３流路部３４０は曲率が互いに異なる複数の曲率を有する領域を含む変曲流路であり得る。本発明の実施例によると、第３流路部３４０はＸ２方向に沿って配列されたＸ２方向に膨らんだ第１凸部３４３－１～３４３－３および第１凸部３４３－１～３４３－３と反対方向に膨らんだ第２凸部３４３－３～３４３－５を含むことができ、第１凸部３４３－１～３４３－３と第２凸部３４３－３～３４３－５はＸ１方向に重なり得る。例えば、第１凸部３４３－１～３４３－３と第２凸部３４３－３～３４３－５は第４表面１１４０と貫通ホールＳ１、Ｓ２の間、さらに具体的には第４表面１１４０と貫通ホールＳ１、Ｓ２の間で流体流入部１１４２および流体排出部１１４４の間に対応する領域に配置され得る。これによると、第４表面１１４０に近く、流体流入部１１４２および流体排出部１１４４の間に配置された領域を第１流体が通過するため、デッドゾーンの面積が最小化され得、熱電モジュールの全体領域で均一な熱電性能を得ることが可能である。
【0183】
この時、第３流路部３４０は互いに離隔するように配置された第１貫通ホールＳ１および第２貫通ホールＳ２との関係で、第１貫通ホールＳ１上に配置された第１区域３４１、第２貫通ホールＳ２上に配置された第２区域３４１および第１区域３４１および第２区域３４２を連結する第３区域３４３を含むことができる。この時、第１区域３４１は第４表面１１４０から第６表面１１６０に向かうＸ１方向（Ｘ１）に延びた第１－１サブ区域３４１－１、第４表面１１４０に平行なＸ２方向に延びた第１－２サブ区域３４１－２およびＸ１方向の反対方向であるＸ２方向に向かってＸ２方向に延びた第１－３サブ区域３４１－３が順次連結され得る。特に、第１－３サブ区域３４１－１によると、流体流入部１１４２から流入して第１－１サブ区域３４１－１に沿ってＸ１方向に流れてきた流体が再び第４表面１１４０に向かって流れることができるため、流体流入部１１４２および流体排出部１１４４の間のデッドゾーンの面積を最小化できる。
【0184】
そして、第２区域３４２は第２貫通ホールＳ２を囲むように配置され得る。例えば、第２区域３４２は第２貫通ホールＳ２の側面からＸ３方向に延びた第２－１サブ区域３４２－１、Ｘ２方向に延びた第２－２サブ区域３４２－２およびＸ１方向に向かってＸ２方向に延びた第２－３サブ区域３４２－３が順次連結され得る。
【0185】
そして、第３区域３４３は第１区域３４１および第２区域３４２の間で配置され、第１－３サブ区域３４１－３からＸ２方向に延びた第３－１サブ区域３４３－１、Ｘ１方向に延びた第３－２サブ区域３４３－２、Ｘ２方向の反対方向であるＸ４方向に延びた第３－３サブ区域３４３－３、Ｘ１方向に延びた第３－４サブ区域３４３－４およびＸ２方向（Ｘ２）に第２－１サブ区域３４２－１まで延びた第３－５サブ区域３４３－５が順次連結され得る。この時、第３区域３４３は前述した第１凸部３４３－１～３４３－３と第２凸部３４３－３～３４３－５であり得る。
【0186】
第１～第３区域３４１、３４２、３４３がこのように配置されると、流体流入部１１４２および流体排出口１１４４の間で第１流体が通過する流路が長くなるため、デッドゾーンの面積を最小化できる。
【0187】
一方、本発明の実施例に係る流路は所定パターンが繰り返す第４流路部３５０をさらに含むことができる。第４流路部３５０は曲率が互いに同一の複数の曲率部が周期的に配置される複数の曲率流路を含むことができ、凹凸状を有するため凹凸部と指称され得る。第４流路部３５０はＸ１方向に凹んだ凹部３５１と膨らんだ凸部３５２が交互に配列された形状であり得る。
【0188】
すなわち、第４流路部３５０はＸ１方向およびＸ３方向を交互に向かい、Ｘ２方向に沿って延びるように配置され得る。
【0189】
これによると、第４流路部３５０が複数の流路３２０－１、．．．
、３２０－ｍと平行な直線状に配置される場合に比べて、単位面積当たりに流路の長さが長くなり得るため、熱電モジュールの低温部側の冷却性能が高くなり得る。
、３２０－ｍと平行な直線状に配置される場合に比べて、単位面積当たりに流路の長さが長くなり得るため、熱電モジュールの低温部側の冷却性能が高くなり得る。
【0190】
この時、第４流路部３５０はＸ１方向に互いに離隔して真っすぐに配置された一つの第２流路部３２０－１および他の一つの第２流路部３２０－２の間に配置され得る。そして、第４流路部３５０は冷却部１１００の第２領域Ｂ２に配置され得る。すなわち、複数の貫通ホールＳ１、Ｓ２は第４流路部３５０と流体流入部１１４２および流体排出部１１４４が配置される第４表面１１４０の間に配置され得、貫通ホールＳ３、Ｓ４は第４流路部３５０と第６表面１１６０の間に配置され得る。これによると、冷却部１１００の直線状の流路部とベンディング部だけで流路を構成する場合、第１流体が到達し難い真ん中領域でも第１流体が留まる時間を延長できるため、熱電モジュールの低温部側の冷却性能を高めることができる。
【0191】
特に、一つの第２流路部３２０－１は第４流路部３５０と第３流路部３４０の間に配置され得る。これに伴い、流路を形成する場合、第１流体が到達し難い領域で第１流体が留まる時間が延長され得るため、冷却部１１００内の全領域で第１流体が均一に循環することができ、これに伴い、熱電モジュールの低温部側の冷却性能が高くなり得る。
【0192】
【0193】
【表2】
【0194】
表２を参照すると、実施例１は図１５に図示された流体収容部の形状であり、実施例２は図１６に図示された流路の形状であり、実施例３は図１７による流路の形状であり、実施例４は図１８による流路の形状である。実施例１に比べて実施例２～実施例４では流路の面積および体積が減少したにもかかわらず、熱電モジュールの温度差が改善されたことが分かる。特に、実施例２～実施例３に比較すると、実施例４では流路の面積および体積がさらに減少したにもかかわらず、熱電モジュールの温度差がさらに改善されたことが分かる。これは第１流体が冷却部１１００の一つの領域Ａ１内でスパイラルの形状に循環し、第１流体が到達しないデッドゾーンを最小化するためである。
【0195】
発電システムは船舶、自動車、発電所、地熱、などで発生する熱源を通じて発電することができ、熱源を効率的に収束するために複数の発電装置を配列することができる。したがって、熱源が複数の分岐部を通じて複数の発電装置に均一に注入されてヒートシンクに印加される熱を均一にさせることによってヒートシンクの曲げを防止し、発電モジュールの信頼性を改善することができる。また、分岐部とガイドプレートの間の水平方向の距離を制御することにより発電効率を改善して、船舶や車両などの運送装置の燃料効率を改善することができる。したがって、海運業、運送業では運送費や維持費用などの費用削減と環境に優しい産業環境を造成することができ、製鉄所など製造業に適用される場合、維持費用などを節減できる。
【0196】
前記では本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、該当技術分野の熟練した当業者は下記の特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正および変更できることが理解され得るであろう。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7(a)】
【図7(b)】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12(a)】
【図12(b)】
【図12(c)】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】