特表 2024-528615 熱電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-07-30

(54)【発明の名称】熱電装置

(51)【国際特許分類】

   H10N 10/17 20230101AFI20240723BHJP

   H10N 10/13 20230101ALI20240723BHJP

【ＦＩ】

H10N10/17 Z

H10N10/13

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024501721

(86)(22)【出願日】2022-07-12

(85)【翻訳文提出日】2024-01-12

(86)【国際出願番号】 KR2022010137

(87)【国際公開番号】W WO2023287168

(87)【国際公開日】2023-01-19

(31)【優先権主張番号】10-2021-0090957

(32)【優先日】2021-07-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【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】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】100219265

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 崇大

(74)【代理人】

【識別番号】100203208

【弁理士】

【氏名又は名称】小笠原 洋平

(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】イ，ジョンミン

(72)【発明者】

【氏名】イ，セウン

(72)【発明者】

【氏名】チョイ，マンヘ

(72)【発明者】

【氏名】イ，ヒョンウイ

(57)【要約】

本発明の一実施例に係る熱電装置は、一面に互いに離隔するように配置された第１溝および第２溝を含む支持体、前記第１溝および前記第２溝の間で前記一面上に配置された熱電モジュール、そして前記第１溝および前記第２溝内にそれぞれ配置され、前記熱電モジュールと離隔した第１シーリング部材および第２シーリング部材を含む。
【選択図】図１１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一面に互いに離隔するように配置された第１溝および第２溝を含む支持体、
前記第１溝および前記第２溝の間で前記一面上に配置された熱電モジュール、そして
前記第１溝および前記第２溝内にそれぞれ配置され、前記熱電モジュールと離隔した第１シーリング部材および第２シーリング部材を含む、熱電装置。

【請求項2】

前記支持体上に配置されたシールド部材をさらに含み、
前記シールド部材の一側は前記第１シーリング部材と接触するように配置され、前記シールド部材の他側は前記第２シーリング部材と接触するように配置される、請求項１に記載の熱電装置。

【請求項3】

前記熱電モジュールは前記支持体上に配置された第１基板、前記第１基板上に配置された第１電極、前記第１電極上に配置された半導体構造物、前記半導体構造物上に配置された第２電極、前記第２電極上に配置された第２基板および前記第２基板上に配置されたヒートシンクを含み、
前記シールド部材は前記ヒートシンクが露出される貫通ホールを含み、
前記貫通ホールの縁は前記第２基板上に配置された、請求項２に記載の熱電装置。

【請求項4】

前記第１溝および前記第２溝の間の前記支持体上に配置された熱伝達物質層をさらに含み、
前記熱伝達物質層は前記支持体と前記第１基板の間で前記第１基板と重なるように配置された第１領域および前記第１領域の縁で前記第１基板と重ならないように配置された第２領域を含む、請求項３に記載の熱電装置。

【請求項5】

前記第１溝は前記第１基板の一側面と平行するように配置され、前記第２溝は前記第１基板の一側面に対向する他側面と平行するように配置され、前記第１溝および前記一側面は互いに離隔し、前記第２溝および前記他側面は互いに離隔した、請求項３に記載の熱電装置。

【請求項6】

前記第１基板の一側面と前記第１溝の間の距離に対する前記第１溝の深さの比は８．７５～１１．４２である、請求項５に記載の熱電装置。

【請求項7】

前記第１基板の一側面と前記第１溝の間の距離に対する前記第１溝の幅の比は１．８４～２．５である、請求項５に記載の熱電装置。

【請求項8】

前記支持体の内部には流体が流れる流路が配置され、
前記流路と前記第１溝の底面間の垂直距離に対する前記第１溝の深さの比は０．９２～１．０８である、請求項５に記載の熱電装置。

【請求項9】

前記第１溝の深さに対する前記支持体の縁と前記第１溝の間の距離の比は０．６１以上である、請求項４に記載の熱電装置。

【請求項10】

一面および前記一面と第１方向に離隔した他面を含み、前記一面上に互いに離隔するように配置された第１溝および第２溝を含む流体流動部、
前記第１溝および前記第２溝の間で前記一面上に配置された複数の熱電モジュール、そして
前記第１溝および前記第２溝内にそれぞれ配置され、前記複数の熱電モジュールと離隔した第１シーリング部材および第２シーリング部材を含み、
前記複数の熱電モジュールは前記第１方向と垂直な第２方向に沿って配置され、
前記第１溝および前記第２溝はそれぞれ前記第２方向に沿って延び、前記第１方向および前記第２方向に垂直な第３方向に沿って互いに離隔した、熱電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は熱電装置に関し、より詳細には熱電素子の低温部と高温部間の温度差を利用する熱電装置に関する。

【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って、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流体が通過する流体流動部が配置され、熱電素子の高温部側にヒートシンク（ｈｅａｔｓｉｎｋ）が配置され、第１流体より高温である第２流体がヒートシンク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間の温度差を利用する熱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熱電装置は、一面に互いに離隔するように配置された第１溝および第２溝を含む支持体、前記第１溝および前記第２溝の間で前記一面上に配置された熱電モジュール、そして前記第１溝および前記第２溝内にそれぞれ配置され、前記熱電モジュールと離隔した第１シーリング部材および第２シーリング部材を含む。

【0009】

前記支持体上に配置されたシールド部材をさらに含み、前記シールド部材の一側は前記第１シーリング部材と接触するように配置され、前記シールド部材の他側は前記第２シーリング部材と接触するように配置され得る。

【0010】

前記熱電モジュールは前記支持体上に配置された第１基板、前記第１基板上に配置された第１電極、前記第１電極上に配置された半導体構造物、前記半導体構造物上に配置された第２電極、前記第２電極上に配置された第２基板および前記第２基板上に配置されたヒートシンクを含み、前記シールド部材は前記ヒートシンクが露出される貫通ホールを含み、前記貫通ホールの縁は前記第２基板上に配置され得る。

【0011】

前記第１溝および前記第２溝の間の前記支持体上に配置された熱伝達物質層をさらに含み、前記熱伝達物質層は前記支持体と前記第１基板の間で前記第１基板と重なるように配置された第１領域および前記第１領域の縁で前記第１基板と重ならないように配置された第２領域を含むことができる。

【0012】

前記第１溝は前記第１基板の一側面と平行するように配置され、前記第２溝は前記第１基板の一側面に対向する他側面と平行するように配置され、前記第１溝および前記一側面は互いに離隔し、前記第２溝および前記他側面は互いに離隔し得る。

【0013】

前記第１基板の一側面と前記第１溝の間の距離に対する前記第１溝の深さの比は８．７５～１１．４２であり得る。

【0014】

前記第１基板の一側面と前記第１溝の間の距離に対する前記第１溝の幅の比は１．８４～２．５であり得る。

【0015】

前記支持体の内部には流体が流れる流路が配置され、前記流路と前記第１溝の底面間の垂直距離に対する前記第１溝の深さの比は０．９２～１．０８であり得る。

【0016】

前記第１溝の深さに対する前記支持体の縁と前記第１溝の間の距離の比は０．６１以上であり得る。

【0017】

本発明の他の実施例に係る熱電素子は、一面および前記一面と第１方向に離隔した他面を含み、前記一面上に互いに離隔するように配置された第１溝および第２溝を含む流体流動部、前記第１溝および前記第２溝の間で前記一面上に配置された複数の熱電モジュール、そして前記第１溝および前記第２溝内にそれぞれ配置され、前記複数の熱電モジュールと離隔した第１シーリング部材および第２シーリング部材を含み、前記複数の熱電モジュールは前記第１方向と垂直な第２方向に沿って配置され、前記第１溝および前記第２溝はそれぞれ前記第２方向に沿って延び、前記第１方向および前記第２方向に垂直な第３方向に沿って互いに離隔する。

【0018】

前記一面上に配置されたシールド部材をさらに含み、前記シールド部材の一端は前記第１シーリング部材と接触するように配置され、前記シールド部材の他端は前記第２シーリング部材と接触するように配置され得る。

【0019】

各熱電モジュールは前記一面上に配置された第１基板、前記第１基板上に配置された第１電極、前記第１電極上に配置された半導体構造物、前記半導体構造物上に配置された第２電極、前記第２電極上に配置された第２基板および前記第２基板上に配置されたヒートシンクを含み、前記シールド部材は前記ヒートシンクが露出される複数の貫通ホールを含み、各貫通ホールの縁は各熱電モジュールの前記第２基板上に配置され得る。

【0020】

前記第１溝および前記第２溝の間の前記一面上に配置された熱伝達物質層をさらに含むことができる。

【0021】

前記第１溝は前記第１基板の一側面と平行するように配置され、前記第２溝は前記第１基板の一側面に対向する他側面と平行するように配置され、前記第１溝および前記一側面は互いに離隔し、前記第２溝および前記他側面は互いに離隔し得る。

【発明の効果】

【0022】

本発明の実施例によると、構造が簡単で、組立が容易でありながらも所定の空間内に最大個数の熱電素子を収容できる熱電装置を得ることができる。

【0023】

本発明の実施例によると、高温部と低温部間の温度差を大きくして熱電性能が高い熱電装置を得ることができる。

【0024】

本発明の実施例に係る熱電装置は、高温部と低温部間の温度差を利用して電気を生成する発電装置に適用され得る。

【0025】

本発明の実施例に係る熱電装置は、流体などの特定対象を冷却または加熱するペルティエ装置に適用され得る。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の一実施例に係る熱電装置の斜視図である。

【0027】

【図2】本発明の一実施例に係る熱電装置の分解斜視図である。

【0028】

【図3】本発明の一実施例に係る熱電素子の断面図である。

【0029】

【図4】本発明の一実施例に係る熱電素子の斜視図である。

【0030】

【図5】本発明の一実施例に係る熱電装置に含まれる流体流動部の一面に対する斜視図である。

【0031】

【図6】本発明の一実施例に係る熱電装置に含まれる流体流動部の一面に複数の熱電モジュールおよびガイド部材が配置された上面図である。

【0032】

【図7】本発明の一実施例に係る熱電装置に含まれる流体流動部の一面に複数の熱電モジュール、ガイド部材および複数の支持部材が配置された上面図である。

【0033】

【図8】本発明の一実施例に係る熱電装置に含まれる流体流動部の一面に複数の熱電モジュール、ガイド部材、複数の支持部材およびシールド部材が配置された上面図である。

【0034】

【図9】本発明の一実施例に係る熱電装置に含まれる熱電モジュールの斜視図である。

【0035】

【図10】本発明の一実施例に係る熱電装置に含まれる熱電モジュールの第１基板の上面図である。

【0036】

【図11】本発明の一実施例に係る熱電装置の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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することができるであろう。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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）」と表現される場合、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。

【0046】

図１は本発明の一実施例に係る熱電装置の斜視図であり、図２は本発明の一実施例に係る熱電装置の分解斜視図である。

【0047】

図１～図２を参照すると、熱電装置１０００は流体流動部１１００および流体流動部１１００の表面に配置された熱電モジュール１２００を含む。

【0048】

本発明の実施例に係る熱電装置１０００は、流体流動部１１００の内部を通じて流れる第１流体および流体流動部１１００の外部を通過する第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。複数個の熱電装置１０００は所定間隔で離隔するように平行に配置されて発電システムをなしてもよい。

【0049】

流体流動部１１００内に流入する第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、冷却性能のある多様な種類の流体であり得る。流体流動部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く、第２流体より低い温度を有する流体であり得る。流体流動部１１００を通過した後に排出される第１流体の温度は流体流動部１１００に流入する第１流体の温度より高くてもよい。

【0050】

本発明の実施例によると、流体流動部１１００の第１面１１１０および第１面１１１０に対向する第２面１１２０には複数の熱電モジュール１２００が配置され得る。第１面１１１０と第２面１１２０の間の一側面から第１面１１１０と第２面１１２０の間で一側面と対向する他側面に向かうように第１流体が流れることができる。このために、一側面には流体流入口が配置され、他側面には流体排出口が配置され得る。第１面１１１０と第２面１１２０の間の上面である第３面１１３０から第１面１１１０と第２面１１２０の間の下面である第４面１１４０に向かうように第２流体が流れることができる。説明の便宜のために、本明細書では第１面１１１０から第２面１１２０に向かう方向を第１方向と指称し、第１流体が通過する方向を第２方向と指称し、第２流体が通過する方向を第３方向と指称することができるが、これに制限されるものではない。

【0051】

第１流体の流入および排出を容易にし、流体流動部１１００を支持するために、流体流動部１１００の流体流入口側および流体排出口側にはそれぞれ第１連結部材１８００－１および第２連結部材１８００－２が配置され得る。本明細書で、第１連結部材１８００－１および第２連結部材１８００－２はそれぞれ第１拡管部材１８００－１および第２拡管部材１８００－２と混用され得る。または本明細書で、第１連結部材１８００－１および第２連結部材１８００－２はそれぞれ第１拡管ブロック１８００－１および第２拡管ブロック１８００－２と混用されてもよい。

【0052】

一方、第２流体は流体流動部１１００の外部、例えば流体流動部１１００の外部に配置された熱電モジュール１２００のヒートシンクを通過する。第２流体は自動車、船舶などのエンジンから発生する廃熱であり得るが、これに制限されるものではない。例えば、第２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、第１流体の温度より高い温度を有する流体であり得る。

【0053】

本明細書で、流体流動部１１００の内部を通じて流れる第１流体の温度は流体流動部１１００の外部に配置された熱電モジュール１２００のヒートシンクを通過する第２流体の温度より低いものを例に挙げて説明する。これに伴い、本明細書で、流体流動部１１００はダクトまたは冷却部と指称され得る。ただし、本発明の実施例はこれに制限されるものではなく、流体流動部１１００の内部を通じて流れる第１流体の温度は流体流動部１１００の外部に配置された熱電モジュール１２００のヒートシンクを通過する第２流体の温度より高くてもよい。

【0054】

本発明の実施例によると、熱電モジュール１２００は熱電素子および熱電素子上に配置されたヒートシンクを含む。本発明の実施例に係る熱電素子は図３～４に例示された熱電素子１００の構造を有することができる。

【0055】

図３～図４を参照すると、熱電素子１００は第１基板１１０、第１電極１２０、Ｐ型熱電レッグ１３０、Ｎ型熱電レッグ１４０、第２電極１５０および第２基板１６０を含む。

【0056】

第１電極１２０は第１基板１１０とＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０の下部底面の間に配置され、第２電極１５０は第２基板１６０とＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０の上部底面の間に配置される。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は第１電極１２０および第２電極１５０によって電気的に連結される。第１電極１２０と第２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。

【0057】

例えば、口出し線１８１、１８２を通じて第１電極１２０および第２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。または第１電極１２０および第２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。

【0058】

ここで、Ｐ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０はビスマス（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）、ビスマス（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はセレン（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）、ビスマス（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。

【0059】

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篩分けして熱電レッグ用粉末を獲得した後、これを焼結して、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。

【0060】

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するか、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。

【0061】

この時、Ｐ型熱電レッグ１３０またはＮ型熱電レッグ１４０は円筒形状、多角柱形状、楕円形柱形状などを有することができる。

【0062】

本明細書で、熱電レッグは熱電構造物、半導体素子、半導体構造物などで指称されてもよい。

【0063】

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）で示すことができる。熱電性能指数（ＺＴ）は数学式１のように示すことができる。

【0064】

【数1】

【0065】

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、α^２σはパワー因子（Ｐｏｗｅｒ Ｆａｃｔｏｒ、［Ｗ／ｍＫ^２］）である。そして、Ｔは温度で、ｋは熱伝導度［Ｗ／ｍＫ］である。ｋはａ・ｃｐ・ρで示すことができ、ａは熱拡散度［ｃｍ^２／Ｓ］で、ｃｐは比熱［Ｊ／ｇＫ］であり、ρは密度［ｇ／ｃｍ^３］である。

【0066】

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。

【0067】

ここで、第１基板１１０とＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０の間に配置される第１電極１２０、そして第２基板１６０とＰ型熱電レッグ１３０およびＮ型熱電レッグ１４０の間に配置される第２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。第１電極１２０または第２電極１５０の厚さが０．０１ｍｍ未満である場合、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。

【0068】

そして、互いに対向する第１基板１１０と第２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、第１基板１１０と第２基板１６０が金属基板である場合、第１基板１１０と第１電極１２０の間および第２基板１６０と第２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。

【0069】

この時、第１基板１１０と第２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、第１基板１１０と第２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、厚さは第１基板１１０から第２基板１６０に向かう方向に対する厚さであり得、面積は第１基板１１０から第２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、第１基板１１０の体積、厚さまたは面積は第２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、第１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第１基板１１０上に配置される場合に、第２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もっと大きくすることができる。この時、第１基板１１０の面積は第２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。第１基板１１０の面積が第２基板１６０に比べて１．２倍未満に形成される場合、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て、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。

【0070】

また、第１基板１１０と第２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。

【0071】

図示してはいないが、第１基板１１０と第２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。シーリング部材は第１基板１１０と第２基板１６０の間で第１電極１２０、Ｐ型熱電レッグ１３０、Ｎ型熱電レッグ１４０および第２電極１５０の側面に配置され得る。これに伴い、第１電極１２０、Ｐ型熱電レッグ１３０、Ｎ型熱電レッグ１４０および第２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。

【0072】

再び図１～図２を参照すると、流体流動部１１００の第１面１１１０および第２面１１２０には複数の熱電モジュール１２００が配置され得る。

【0073】

前述した通り、各熱電素子は流体流動部１１００に接触するように配置された第１基板１１０、第１基板１１０上に配置された複数の第１電極１２０、複数の第１電極１２０上に配置された複数の熱電レッグ１３０、１４０、複数の熱電レッグ１３０、１４０上に配置された複数の第２電極１５０および複数の第２電極１５０上に配置された第２基板１６０を含み、第２基板１６０上にヒートシンクが配置される。この時、流体流動部１１００上に配置される熱電素子の第１基板は金属基板であり得、金属基板は流体流動部１１００の表面と熱伝達物質（ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｍａｔｅｒｉａｌ、ＴＩＭ、図示されず）によって接着され得る。金属基板は熱伝達性能が優秀であるので、熱電素子と流体流動部１１００間の熱伝達が容易である。また、金属基板と流体流動部１１００が熱伝達物質（ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｍａｔｅｒｉａｌ、ＴＩＭ）によって接着されると、金属基板と流体流動部１１００間の熱伝達が妨害を受けないことができる。ここで、金属基板は銅基板、アルミニウム基板および銅－アルミニウム基板のうち一つであり得るが、これに制限されるものではない。

【0074】

複数の熱電モジュール１２００それぞれは生産される電気を外部に抽出したり、ペルティエとして利用するために電気を印加するためのコネクタ部を含むことができる。本発明の実施例によると、支持部材１４００をコネクタ部の周辺に配置して熱電モジュール１２００と流体流動部１１００間の接合力を均一に維持し、コネクタ部に連結される電線を保護することができる。

【0075】

そして、本発明の実施例によると、複数の熱電モジュール１２００内に水分または汚染物質が浸透することを防止するために、シールド部材１５００がさらに配置され得る。シールド部材１５００は流体流動部１１００の第１面１１１０に配置される第１シールド部材１５１０および流体流動部１１００の第２面１１２０に配置される第２シールド部材１５２０を含むことができる。第１シールド部材１５１０および第２シールド部材１５２０はそれぞれ熱電素子の第２基板上に配置され得る。この時、第２流体がヒートシンクを通過するために、第１シールド部材１５１０および第２シールド部材１５２０にはそれぞれ貫通ホール１５１２、１５２２が形成され、貫通ホール１５１２、１５２２の縁は熱電素子の第２基板上に配置されて貫通ホール１５１２、１５２２を通じてヒートシンクが露出され得る。これによると、熱電素子の内部を外部の汚染物質、水分および第２流体から保護できながらも、第２流体がヒートシンクを直接通過できるため、第２流体とヒートシンク間の熱交換が効率的になされ得る。本発明の一実施例によると、シールド部材１５００は流体流動部１１００の第３面１１３０に配置される第３シールド部材１５３０および流体流動部１１００の第４面１１４０に配置される第４シールド部材１５４０をさらに含むことができる。第２流体は流体流動部１１００の第３面１１３０から第４面１１４０に向かう方向に流れることができるため、流体流動部１１００の第３面１１３０と第３シールド部材１５３０の間および第４面１１４０と第４シールド部材１５４０の間それぞれには断熱部材がさらに配置されてもよい。これによると、流体流動部１１００の内部で流れる第１流体および流体流動部１１００の外部で流れる第２流体が互いに断熱されるので、熱電素子の熱電性能を高めることができる。

【0076】

一方、本発明の実施例によると、流体流動部１１００の第１面１１１０および第２面１１２０にはガイド部材１７００がさらに配置され得る。ガイド部材１７００は熱電モジュール１２００に連結された電線を外部にガイドする役割をすることができる。ガイド部材１７００は流体流動部１１００の第１面１１１０および第２面１１２０それぞれ上で熱電モジュール１２００の側面に配置され得る。

【0077】

図５は本発明の一実施例に係る熱電装置に含まれる流体流動部の一面に対する上面図であり、図６は本発明の一実施例に係る熱電装置に含まれる流体流動部の一面に複数の熱電モジュールおよびガイド部材が配置された上面図であり、図７は本発明の一実施例に係る熱電装置に含まれる流体流動部の一面に複数の熱電モジュール、ガイド部材および複数の支持部材が配置された上面図であり、図８は本発明の一実施例に係る熱電装置に含まれる流体流動部の一面に複数の熱電モジュール、ガイド部材、複数の支持部材およびシールド部材が配置された上面図であり、図９は本発明の一実施例に係る熱電装置に含まれる熱電モジュールの斜視図であり、図１０は本発明の一実施例に係る熱電装置に含まれる熱電モジュールの第１基板の上面図である。

【0078】

図５～図１０を参照すると、流体流動部１１００の第１面１１００には熱電モジュール１２００およびガイド部材１７００－１が配置される。以下で、説明の便宜のために流体流動部１１００の第１面１１１０に配置された熱電モジュール１２００およびガイド部材１７００－１のみを説明しているが、これに制限されるものではなく、第１面１１１０の反対面である第２面１１２０にも同じ構造が適用され得る。流体流動部１１００および熱電モジュール１２００に関連して、図１～図４を参照して説明した内容と同じ内容に対しては重複した説明を省略する。

【0079】

本発明の実施例によると、熱電モジュール１２００の第１基板１２１２は流体流動部１１００の第１面１１１０に配置される。この時、第１基板１２１２は流体流動部１１００の第１面１１１０に直接接触するように配置されるか、熱伝達物質（ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｍａｔｅｒｉａｌ、ＴＩＭ）等を通して間接接触するように配置され得る。第１基板１２１２は図１～図４を参照して説明した第１基板１１０であり得る。これに伴い、第１基板１２１２に関連して、図１～図４を参照して説明した第１基板１１０と同じ内容に対しては重複した説明を省略する。

【0080】

図９～図１０に図示された通り、熱電モジュール１２００の第１基板１２１２は第１領域Ａ１および第２領域Ａ２を含むことができる。この時、第１領域Ａ１には複数の第１電極、複数の熱電レッグ、複数の第２電極、第２基板およびヒートシンク１２２０が配置され、第１領域Ａ１の一側である第２領域Ａ２には第１電極に連結されたコネクタ部２１０、２２０が配置され得る。ここで、複数の第１電極、複数の熱電レッグ、複数の第２電極および第２基板は図１～図４を参照して説明した複数の第１電極１２０、複数の熱電レッグ１３０、１４０、複数の第２電極１５０および第２基板１６０であり得る。図９で第２基板およびヒートシンク１２２０は４分割された例を図示しているが、これに制限されるものではない。一つの第１基板に対して一つの第２基板およびヒートシンク１２２０が配置されたり、一つの第１基板に対して２以上で第２基板およびヒートシンクが分割されて配置されてもよい。

【0081】

本発明の実施例によると、図６～図８に図示された通り、流体流動部１１００と熱電モジュール１２００は結合部材１３００によって結合され得る。このために、流体流動部１１００の第１面１１１０には熱電モジュール１２００の第１基板１２１２と第１方向、すなわち第１面１１１０から第２面１１２０に向かう方向に重なるように形成された第１溝Ｓ１１が形成され得（図５参照）、熱電モジュール１２００の第１基板１２１２の第１領域Ａ１には第１溝Ｓ１１に対応する貫通ホールＳ１２が形成され得る。これと共に、熱電モジュール１２００の第２基板（図示されず）およびヒートシンク１２２０にも第１溝Ｓ１１および貫通ホールＳ１２に対応する貫通ホールＳ１３が形成され得る。これによると、図６～図８に図示された通り、第１結合部材１３１０は第１溝Ｓ１１、貫通ホールＳ１２および貫通ホールＳ１３に結合され、これに伴い、流体流動部１１００と熱電モジュール１２００が結合され得る。

【0082】

一方、本発明の実施例によると、流体流動部１１００の第１面１１１０には第２溝Ｓ２１がさらに形成され得（図５参照）、熱電モジュール１２００の第１基板１２１２の第２領域Ａ２にも第２溝Ｓ２１に対応する貫通ホールＳ２２がさらに形成され得る。これと共に、第１基板１２１２の第２領域Ａ２には支持部材１４００がさらに配置され、図７に図示された通り、支持部材１４００は第２結合部材１３２０を通じて第２溝Ｓ２１、貫通ホールＳ２２と結合され、これに伴い、流体流動部１１００、熱電モジュール１２００および支持部材１４００が固定され得る。

【0083】

これによると、熱電モジュール１２００の第１基板１２１２の第１領域Ａ１だけでなく第２領域Ａ２も流体流動部１１００に結合され得るので、熱電モジュール１２００の第１基板１２１２全体に対して流体流動部１１００と均一な接合力を有することができ、第１基板１２１２全体に対して熱が均一に分布され得る。特に、図７に図示された通り、支持部材１４００を利用して熱電モジュール１２００の第１基板１２１２と流体流動部１１００が結合される場合、支持部材１４００の適用により第２結合部材１３２０の締結トルクを高めることができる。これによると、振動条件下でも第２結合部材１３２０が緩む可能性が低いので、熱電モジュール１２００が流体流動部１１００にさらに堅固に付着され得る。

【0084】

一方、図５を参照すると、流体流動部１１００は第１面１１１０および第２面１１２０の間の一側面１１５０に流体流動部１１００の流体流入口１１５２が配置され、第１面１１１０および第２面１１２０の間の他側面に流体流動部１１００の流体排出口が配置され得る。

【0085】

そして、図５～図８を参照すると、本発明の実施例によると、流体流動部１１００の第１面１１１０には熱電モジュール１２００と重ならないようにホールＳ３１、Ｓ４１が形成され得る。ホールＳ３１、Ｓ４１は流体流動部１１００の第１面１１１０から第２面１１２０まで貫通するように形成され得る。例えば、ホールＳ３１はガイド部材１７００－１が締結されるためのホールであり、ホールＳ４１はシールド部材１５００が締結されるためのホールであり得る。本発明の実施例によると、流体流動部１１００と熱電モジュール１２００間の熱伝達性能を最大化するために流体流動部１１００と熱電モジュール１２００の間に熱伝達物質ＴＩＭが配置され得る。これに反し、ガイド部材１７００－１またはシールド部材１５００は流体流動部１１００上に熱伝達物質ＴＩＭなしに配置された後、結合部材を利用して締結され得る。これに伴い、ガイド部材１７００－１またはシールド部材１５００が締結されるためのホールＳ３１、Ｓ４１は流体流動部１１００の第１面１１１０および第２面１１２０を貫通するように形成され得る。

【0086】

本発明の実施例によると、流体流動部１１００の第１面１１１０には熱電モジュール１２００と重ならないようにホールＳ５１がさらに形成され得る。ホールＳ５１は流体流動部１１００の第１面１１１０から第２面１１２０まで貫通するように形成され得、熱電モジュール１２００に連結された電線が通過するためのホールであり得る。このために、ホールＳ５１は他のホールＳ３１、Ｓ４１より大きい面積を有することができ、ホールＳ５１は熱電モジュール１２００の第２基板１２１２の第２領域Ａ２と水平の範囲内に配置され得る。これに伴い、コネクタ部２１０、２２０に連結され支持部材１４００により支持される電線はホールＳ５１まで延びるように配置され得、第１面１１１０の熱電モジュール１２００に電気的に連結された電線はホールＳ５１を貫通して第２面１１２０の熱電モジュール１２００に電気的に連結され得る。

【0087】

本発明の実施例によると、ホールＳ５１は流体流動部１１００の一側面１１５０側および他側面側に対称に配置され得、電線Ｗは一側面１１５０側ホールＳ５１または他側面側ホールＳ５１を貫通することができる。

【0088】

一方、図１、図２、図６～図９を参照すると、熱電装置１０００は流体流動部１１００および流体流動部１１００の表面に配置された熱電モジュール１２００を含む。熱電モジュール１２００は熱電素子１２１０および熱電素子１２１０上に配置されたヒートシンク１２２０を含むことができる。本発明の実施例によると、ガイド部材１７００は複数の熱電モジュール１２００の側面に配置され得る。複数の熱電モジュール１２００が配置される方向を第２方向とする時、ガイド部材１７００は複数の熱電モジュール１２００に対して第２方向に配置され得る。

【0089】

例えば、流体流動部１１００の第１面１１１０および第２面１１２０の一側には互いに対向するように一対のガイド部材１７００－１、１７００－２が配置され得る。そして、流体流動部１１００の第１面１１１０および第２面１１２０の他側にも互いに対向するように一対のガイド部材１７００－１、１７００－２が配置され得る。

【0090】

例えば、流体流動部１１００の第１面１１１０および第２面１１２０の一側に第１流体が流入し、流体流動部１１００の第１面１１１０および第２面１１２０の他側から第１流体が排出され得る。

【0091】

第１ガイド部材１７００－１が流体流動部１１００の第１面１１１０の一側で熱電モジュール１２００の側面に配置されると、第２ガイド部材１７００－２は流体流動部１１００の第２面１１２０の一側で熱電モジュール１２００の側面に流体流動部１１００を挟んで第１ガイド部材１７００－１と対向するように配置され得る。これと同様に、第２ガイド部材１７００－２が流体流動部１１００の第１面１１１０の他側で熱電モジュール１２００の側面に配置されると、第１ガイド部材１７００－１は流体流動部１１００の第２面１１２０の他側で熱電モジュール１２００の側面に流体流動部１１００を挟んで第２ガイド部材１７００－２と対向するように配置され得る。

【0092】

本発明の実施例によると、熱電モジュール１２００の側面にガイド部材１７００を配置して空いた空間を減らし、熱電モジュール１２００に連結された電線をガイドしようとする。ここで、ガイド部材１７００は熱電素子の機能をしない構造物を意味し得る。これに伴い、本明細書で、ガイド部材はダミーモジュール、ダミー部材、ガイドモジュールと指称されてもよい。これによると、流体流動部１１００上で熱電モジュール１２００の側面に空いた空間が最小化され得るので空いた空間内に水分または第２流体が浸透する可能性を低くすることができる。

【0093】

一方、図７を参照すると、熱電モジュール１２００の第１基板１２１２上でコネクタ部２１０、２２０に隣り合うように支持部材１４００が配置され、コネクタ部２１０、２２０に連結された電線Ｗは支持部材１４００を通じて第２方向に沿ってガイド部材１７００－１に延長され得る。これによると、支持部材１４００は熱電モジュール１２００と流体流動部１１００間の接合力を均一に維持し、コネクタ部２１０、２２０に連結される導線を保護することができる。

【0094】

再び図５～図８を参照すると、流体流動部１１００の第１面１１１０は互いに離隔するように配置された第１溝Ｇ１および第２溝Ｇ２を含み、熱電モジュール１２００は第１溝Ｇ１および第２溝Ｇ２の間に配置される。複数の熱電モジュール１２００は第２方向に沿って配置され、第１溝Ｇ１および第２溝Ｇ２はそれぞれ第２方向に沿って延び、第１溝Ｇ１と第２溝Ｇ２は第２方向に垂直な第３方向に沿って互いに離隔し得る。この時、第１溝Ｇ１は複数の熱電モジュール１２００の第１基板１２１２の一側面と平行するように配置され、第２溝Ｇ２は第１基板１２１２の一側面に対向する他側面と平行するように配置され、第１溝Ｇ１は第１基板１２１２の一側面と互いに離隔し、第２溝Ｇ２は第１基板１２１２の他側面と互いに離隔するように配置され得る。この時、第１基板１２１２の一側面および他側面のうち一つはコネクタ部２１０、２２０および支持部材１４００が配置された側であり得る。これによると、複数の熱電モジュール１２００を第１溝Ｇ１と第２溝Ｇ２の間に整列させるのが容易である。

【0095】

以下で、本発明の一実施例に係る熱電装置で流体流動部１１００に含まれた第１溝Ｇ１および第２溝Ｇ２と熱電モジュール１２００間の関係についてさらに詳細に説明しようとする。

【0096】

図１１は、本発明の一実施例に係る熱電装置の断面図である。図１１は、図６のＸ－Ｘ’方向に切断した断面図である。図１～図１０で説明した内容と同じ内容に対しては重複した説明を省略する。

【0097】

図１１を参照すると、流体流動部１１００の第１面１１１０は互いに離隔するように配置された第１溝Ｇ１および第２溝Ｇ２を含み、熱電モジュール１２００は第１溝Ｇ１および第２溝Ｇ２の間に配置される。前述した通り、熱電モジュール１２００は熱電素子１２１０および熱電素子１２１０上に配置されたヒートシンク１２２０を含み、流体流動部１１００の第１面１１１０上には熱電素子１２１０の第１基板１２１２が配置され、第１基板１２１２上に第１電極（図示されず）、半導体素子１２１６、第２電極（図示されず）および第２基板１２１８が順次配置され、第２基板１２１８上にヒートシンク１２２０が配置され得る。ここで、第１基板１２１２、第１電極（図示されず）、半導体素子１２１６、第２電極（図示されず）および第２基板１２１８には図３～図４で説明した第１基板１１０、第１電極１２０、熱電レッグ１３０、１４０、第２電極１５０および第２基板１６０に対する説明が適用され得る。

【0098】

本発明の実施例によると、第１溝Ｇ１は熱電素子１２１０の第１基板１２１２の一側面１２１２Ｓと流体流動部１１００の第３面１１３０の間で熱電素子１２１０の第１基板１２１２の一側面１２１２Ｓ１と離隔し、平行するように配置され得る。これと同様に、第２溝Ｇ２は熱電素子１２１０の第１基板１２１２の他側面１２１２Ｓ２と流体流動部１１００の第４面１１４０の間で熱電素子１２１０の第１基板１２１２の他側面１２１２Ｓ２と離隔し、平行するように配置され得る。ここで、第１基板１２１２の他側面１２１２Ｓ２は第１基板１２１２の一側面１２１２Ｓ１と対向するように配置された面であり得、第１基板１２１２の他側面１２１２Ｓ２側にはコネクタ部２１０、２２００および支持部材１４００が配置され得る。複数の熱電モジュール１２００は第１溝Ｇ１および第２溝Ｇ２の間で一列に整列されて配置され得る。そして、第１溝Ｇ１および第２溝Ｇ２には流体流動部１１００の第１面１１１０と熱電素子１２１０の第１基板１２１２の間に配置される熱伝達物質層６００を塗布するためのジグが設置され得、これに伴い、第１溝Ｇ１および第２溝Ｇ２の間の第１面１１１０上には熱伝達物質層６００が均一な厚さで塗布され得る。

【0099】

本発明の実施例によると、熱伝達物質層６００は流体流動部１１００の第１面１１１０上で第１溝Ｇ１および第２溝Ｇ２の間に配置され得る。この時、熱伝達物質層６００は流体流動部１１００の第１面１１１０と第１基板１２１２の間で第１基板１２１２と垂直に重なるように配置された第１領域および第１領域の縁で第１基板１２１２と重ならないように配置された第２領域を含むことができる。これによると、第１基板１２１２の前面は熱伝達物質層６００を挟んで流体流動部１１００の第１面１１１０と接合するので、第１基板１２１２の前面で第１基板１２１２と流体流動部１１００の第１面１１１０間の接合力および熱伝達効率が均一であり、第１基板１２１２の縁でも高い接合力および熱伝達効率が維持され得る。

【0100】

本発明の実施例によると、第１シールド部材１５１０は流体流動部１１００の第１面１１１０に配置され得る。この時、第１シールド部材１５１０は熱電素子１２１０の第２基板１２１８上に配置され得、第２流体がヒートシンク１２２０を通過するために、第１シールド部材１５１０には貫通ホールが形成され、貫通ホールの縁は熱電素子１２１０の第２基板１２１８上に配置されて貫通ホールを通じてヒートシンクが露出され得る。これによると、熱電素子の内部を外部の汚染物質、水分および第２流体から保護できながらも、第２流体がヒートシンクを直接通過できるため、第２流体とヒートシンク間の熱交換が効率的になされ得る。本明細書で、流体流動部１１００は熱電モジュール１２００を支持するので、支持体または金属支持体と混用され得る。

【0101】

本発明の実施例によると、第１シーリング部材７００は第１溝Ｇ１に沿って第１溝Ｇ１内に配置され、第２シーリング部材７１０は第２溝Ｇ２に沿って第２溝Ｇ２内に配置され、第１シールド部材１５１０の一側は第１シーリング部材７００と接触するように配置され、第１シールド部材１５１０の他側は第２シーリング部材７１０と接触するように配置され得る。第１シーリング部材７００および第２シーリング部材７１０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を含むことができる。ここで、第１シールド部材１５１０の一側は流体流動部１１００の第３面１１３０に隣接して配置され、第２シールド部材１５１０の他側は流体流動部１１００の第４面１１４０に隣接して配置され得る。これによると、第１シーリング部材７００および第２シーリング部材７１０はそれぞれ第１シールド部材１５１０の一側と流体流動部１１００の第１面１１１０の間および第１シールド部材１５１０の他側と流体流動部１１００の第１面１１１０の間を気密にする役割をすることができる。これによると、熱電素子の内部を外部の汚染物質、水分および第２流体から保護することができる。

【0102】

図１１に図示されていないが、第１シールド部材１５１０の一端が第１溝Ｇ１内に配置され、第２シールド部材１５２０の他端が第２溝Ｇ２内に配置され、第１溝Ｇ１および第１シールド部材１５１０の一端には第１シーリング部材７００が配置され、第２溝Ｇ２および第１シールド部材１５１０の他端には第２シーリング部材７１０が配置されてもよい。

【0103】

図１１に図示されていないが、第１シールド部材１５１０の一端が第１溝Ｇ１内に差し込まれるように配置され、第２シールド部材１５２０の他端が第２溝Ｇ２内に差し込まれるように配置され、第１溝Ｇ１および第１シールド部材１５１０の一端の周辺には第１シーリング部材７００が配置され、第２溝Ｇ２および第１シールド部材１５１０の他端の周辺には第２シーリング部材７１０が配置されてもよい。

【0104】

本発明の実施例によると、第１基板１２１２の一側面１２１２Ｓ１と第１溝Ｇ１間の距離Ｄ１に対する第１溝Ｇ１の深さＤ２の比（Ｄ２／Ｄ１）は８．７５～１１．４２であり得る。これによると、第１溝Ｇ１内に第１シーリング部材７００が十分に塗布されて流体流動部１１００と第１シールド部材１５１０の一側の間を気密でありながらも、第１シーリング部材７００が熱電素子１２１０の第１基板１２１２と接触する可能性を最小化し、熱電素子１２１０の電気的性能に及ぼす影響を減らすことができる。

【0105】

本発明の実施例によると、第１基板１２１２の一側面１２１２Ｓ１と第１溝Ｇ１間の距離Ｄ１に対する第１溝Ｇ１の幅Ｄ３の比（Ｄ３／Ｄ１）は１．８４～２．５であり得る。これによると、第１溝Ｇ１内に配置された第１シーリング部材７００と第１シールド部材１５１０の一側間の接触面積によって流体流動部１１００と第１シールド部材１５１０の一側の間を気密でありながらも、第１シーリング部材７００が熱電素子１２１０の第１基板１２１２と接触する可能性を最小化し、熱電素子１２１０の電気的性能に及ぼす影響を減らすことができ、第１シールド部材１５１０の一端が第１溝Ｇ１内に収容されることが可能である。

【0106】

一方、本発明の実施例によると、流体流動部１１００の内部には流体が流れる流路Ｆが配置され得る。この時、流路Ｆと第１溝Ｇ１の底面間の距離Ｄ４に対する第１溝Ｇ１の深さＤ２の比（Ｄ２／Ｄ４）は０．９２～１．０８であり得る。これによると、第１溝Ｇ１内に第１シーリング部材７００が十分に塗布されて流体流動部１１００と第１シールド部材１５１０の一側の間を気密でありながらも、流路Ｆが流体流動部１１００の第１面１１１０に隣接して配置されるので、流路Ｆ内流体と流体流動部１１００の第１面１１１０間の熱伝達性能が高く維持され得る。

【0107】

本発明の実施例によると、第１溝Ｇ１の深さＤ２に対する流体流動部１１００の縁と第１溝Ｇ１間の距離Ｄ５の比（Ｄ５／Ｄ２）は０．６１以上であり得る。この時、流体流動部１１００の縁と第１溝Ｇ１間の距離Ｄ５は１０ｍｍ以上であり得る。これによると、第１溝Ｇ１の加工が容易で、第１シーリング部材７００が流体流動部１１００の第３面１１３０に流れる可能性を減らすことができる。

【0108】

以上では説明の便宜のために第１溝Ｇ１に関連した数値範囲のみを説明したが、同じ説明が第２溝Ｇ２に関連した数値範囲にも適用され得る。

【0109】

ただし、本発明の実施例によると、第１基板１２１２の一側面１２１２Ｓ１と第１溝Ｇ１間の距離は第１基板１２１２の他側面１２１２Ｓ２と第２溝Ｇ２間の距離と異なり得る。例えば、第１基板１２１２の他側面１２１２Ｓ２と第２溝Ｇ２間の距離は第１基板１２１２の一側面１２１２Ｓ１と第１溝Ｇ１間の距離より大きくてもよい。例えば、第１基板１２１２の他側面１２１２Ｓ２と第２溝Ｇ２間の距離は１．５ｍｍ以上であり得る。前述した通り、第１基板１２１２の他側面１２１２Ｓ２にはコネクタ部２１０、２２０および支持部材１４００が配置され得る。第１基板１２１２の他側面１２１２Ｓ２と第２溝Ｇ２間の距離がこのような要件を満足すれば、コネクタ部２１０、２２０または支持部材１４００に配置された電線Ｗが第２シーリング部材７１０と接触する可能性を最小化することができる。

【0110】

以上では流体流動部１１００の第１面１１１０上に配置された熱電モジュール１２００および第１／第２溝Ｇ１、Ｇ２を中心に説明したが、同じ説明が流体流動部１１００の第２面１１２０にも適用され得る。

【0111】

本明細書で全体的に、熱電素子１００、１２１０は第１基板１１０、第１電極１２０、Ｐ型熱電レッグ１３０、Ｎ型熱電レッグ１４０、第２電極１５０および第２基板１６０を含むものとして説明されているが、熱電素子１００、１２１０の定義はこれに制限されるものではなく、熱電素子１００、１２１０は第１電極１２０、Ｐ型熱電レッグ１３０、Ｎ型熱電レッグ１４０、第２電極１５０および第２基板１６０を含み、第１基板１１０上に配置されるものを意味してもよい。

【0112】

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。この時、各発電装置は熱電モジュールと流体流動部間の接合力を改善して熱電素子の低温部の冷却性能を改善することができ、これに伴い、発電装置の効率および信頼性を改善することができるため、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、運送業では運送費の削減と環境に優しい産業環境を造成することができ、製鉄所などの製造業に適用される場合、材料費などを節減できる。

【0113】

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できるであろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【手続補正書】

【提出日】2024-01-15

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一面に互いに離隔するように配置された第１溝および第２溝を含む支持体、
前記第１溝および前記第２溝の間で前記一面上に配置された熱電モジュール、そして
前記第１溝および前記第２溝内にそれぞれ配置され、前記熱電モジュールと離隔した第１シーリング部材および第２シーリング部材を含む、熱電装置。

【請求項2】

前記支持体上に配置されたシールド部材をさらに含み、
前記シールド部材の一側は前記第１シーリング部材と接触するように配置され、前記シールド部材の他側は前記第２シーリング部材と接触するように配置される、請求項１に記載の熱電装置。

【請求項3】

前記熱電モジュールは前記支持体上に配置された第１基板、前記第１基板上に配置された第１電極、前記第１電極上に配置された半導体構造物、前記半導体構造物上に配置された第２電極、前記第２電極上に配置された第２基板および前記第２基板上に配置されたヒートシンクを含み、
前記シールド部材は前記ヒートシンクが露出される貫通ホールを含み、
前記貫通ホールの縁は前記第２基板上に配置された、請求項２に記載の熱電装置。

【請求項4】

前記第１溝および前記第２溝の間の前記支持体上に配置された熱伝達物質層をさらに含み、
前記熱伝達物質層は前記支持体と前記第１基板の間で前記第１基板と重なるように配置された第１領域および前記第１領域の縁で前記第１基板と重ならないように配置された第２領域を含む、請求項３に記載の熱電装置。

【請求項5】

前記第１溝は前記第１基板の一側面と平行するように配置され、前記第２溝は前記第１基板の一側面に対向する他側面と平行するように配置され、前記第１溝および前記一側面は互いに離隔し、前記第２溝および前記他側面は互いに離隔した、請求項３に記載の熱電装置。

【請求項6】

前記第１基板の一側面と前記第１溝の間の距離に対する前記第１溝の深さの比は８．７５～１１．４２である、請求項５に記載の熱電装置。

【請求項7】

前記第１基板の一側面と前記第１溝の間の距離に対する前記第１溝の幅の比は１．８４～２．５である、請求項５に記載の熱電装置。

【請求項8】

前記支持体の内部には流体が流れる流路が配置され、
前記流路と前記第１溝の底面間の垂直距離に対する前記第１溝の深さの比は０．９２～１．０８である、請求項５に記載の熱電装置。

【請求項9】

前記第１溝の深さに対する前記支持体の縁と前記第１溝の間の距離の比は０．６１以上である、請求項４に記載の熱電装置。

【請求項10】

一面および前記一面と第１方向に離隔した他面を含み、前記一面上に互いに離隔するように配置された第１溝および第２溝を含む流体流動部、
前記第１溝および前記第２溝の間で前記一面上に配置された複数の熱電モジュール、そして
前記第１溝および前記第２溝内にそれぞれ配置され、前記複数の熱電モジュールと離隔した第１シーリング部材および第２シーリング部材を含み、
前記複数の熱電モジュールは前記第１方向と垂直な第２方向に沿って配置され、
前記第１溝および前記第２溝はそれぞれ前記第２方向に沿って延び、前記第１方向および前記第２方向に垂直な第３方向に沿って互いに離隔した、熱電装置。

【請求項11】

前記一面上に配置されたシールド部材をさらに含み、前記シールド部材の一端は前記第１シーリング部材と接触するように配置され、前記シールド部材の他端は前記第２シーリング部材と接触するように配置された、請求項１０に記載の熱電装置。

【請求項12】

各熱電モジュールは前記一面上に配置された第１基板、前記第１基板上に配置された第１電極、前記第１電極上に配置された半導体構造物、前記半導体構造物上に配置された第２電極、前記第２電極上に配置された第２基板および前記第２基板上に配置されたヒートシンクを含み、前記シールド部材は前記ヒートシンクが露出する複数の貫通ホールを含み、各貫通ホールの縁は各熱電モジュールの前記第２基板上に配置された、請求項１１に記載の熱電装置。

【請求項13】

前記第１溝および前記第２溝間の前記一面上に配置された熱伝達物質層をさらに含む、請求項１０に記載の熱電装置。

【請求項14】

前記第１溝は前記第１基板の一側面と平行するように配置され、前記第２溝は前記第１基板の一側面に対向する他側面と平行するように配置され、前記第１溝および前記一側面は互いに離隔し、前記第２溝および前記他側面は互いに離隔した、請求項１２に記載の熱電装置。

【請求項15】

前記シールド部材の一端は前記第１溝内に配置され、前記シールド部材の他端は前記第２溝内に配置され、前記シールド部材の一端には前記第１シーリング部材が配置され、前記シールド部材の他端には前記第２シーリング部材が配置された、請求項２に記載の熱電装置。

【請求項16】

前記シールド部材の一端は前記第１溝内に差し込まれるように配置され、前記シールド部材の他端は前記第２溝内に差し込まれるように配置され、前記シールド部材の一端には前記第１シーリング部材が配置され、前記シールド部材の他端には前記第２シーリング部材が配置された、請求項２に記載の熱電装置。

【請求項17】

前記第１基板の一側面と前記第１溝間の距離は前記第１基板の他側面と前記第２溝間の距離と異なる、請求項５に記載の熱電装置。

【請求項18】

前記第１基板上に配置されたコネクタをさらに含み、
前記第１基板の他側面は前記コネクタと前記第２溝の間に配置された、請求項１７に記載の熱電装置。

【請求項19】

前記第１基板の他側面と前記第２溝間の距離は前記第１基板の一側面と前記第１溝間の距離より大きい、請求項１８に記載の熱電装置。

【請求項20】

前記第１シーリング部材および前記第２シーリング部材はシリコン樹脂またはエポキシ樹脂を含む、請求項１に記載の熱電装置。

【国際調査報告】