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KR102564026B1 - 열전 모듈 - Google Patents

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KR102564026B1
KR102564026B1 KR1020190052920A KR20190052920A KR102564026B1 KR 102564026 B1 KR102564026 B1 KR 102564026B1 KR 1020190052920 A KR1020190052920 A KR 1020190052920A KR 20190052920 A KR20190052920 A KR 20190052920A KR 102564026 B1 KR102564026 B1 KR 102564026B1
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KR
South Korea
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thermoelectric material
substrate
unit
type thermoelectric
electrode
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이우주
김병욱
이후담
곽진우
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

본 발명은 열전 모듈에 관한 것으로, 제1기판, N형 열전소재와 P형 열전소재를 포함하며 상기 제1기판의 일면에 배열되는 복수개의 단위 열전소재, 상기 N형 열전소재와 상기 P형 열전소재의 일단에 전기적으로 접속되며 전원공급부로부터 전원이 인가되는 복수개의 제1전극, 상기 N형 열전소재와 상기 P형 열전소재의 다른 일단에 기설정된 간극을 두고 이격되게 배치되는 복수개의 제2전극, 및 상기 제2전극을 지지하는 제2기판을 포함하고, 상기 제2기판에 외부로부터 가압력이 인가되면 상기 제2전극이 상기 N형 열전소재와 상기 P형 열전소재의 다른 일단에 전기적으로 접속되도록 하는 것에 의하여, 압력에 감응하여 국부적인 온도 제어를 수행할 수 있으며, 에너지 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

Description

열전 모듈{THERMOELECTRIC MODULE}
본 발명은 열전 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로 압력에 감응하여 국부적인 온도 제어를 수행할 수 있으며, 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 열전 모듈에 관한 것이다.
공조장치 기반의 온도 제어 시스템은, 공기의 온도를 통해 온도를 제어하므로, 에너지 소모량이 크고, 사용자가 온도 변화를 체감하는데 많은 시간이 소요되어, 온도 제어 효율 및 에너지 효율을 일정 이상 향상시키기 어렵다는 한계가 있다.
이에 최근에는 가열 및 냉각이 가능한 열전 모듈을 사용자에게 직접 접촉시키는 방식의 온도 제어 시스템이 개발되고 있다.
일반적으로 열전 모듈은 기판 상에 P형 및 N형 열전소재들과 전극들을 연결하여 제작되며, 열 손실이 적고 빠른 온도 제어가 가능한 이점이 있다.
그러나, 기존 열전 모듈은 사용자의 신체 접촉 여부와 관계없이 열전 모듈의 전체 영역이 균일한 온도로 제어되므로, 실제 온도 제어가 필요하지 않은 영역(예를 들어, 신체가 접촉하지 않는 비접촉 영역)에서도 온도 제어가 행해짐에 따라, 불가피하게 열 손실이 발생하고, 불필요한 전력 소모가 증가하는 문제점이 있다.
이에 따라, 최근에는 사용자의 체형 및 자세에 따라 국부적인 온도 제어를 수행하여 에너지 효율을 향상시키기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 압력에 감응하여 국부적인 온도 제어를 수행할 수 있으며, 온도 제어 효율 및 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 열전 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 사용자의 체형 및 자세에 따라 실제 접촉이 행해지는 영역의 온도만을 국부적으로 제어할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 열전 모듈은, 제1기판, N형 열전소재와 P형 열전소재를 포함하며 상기 제1기판의 일면에 배열되는 복수개의 단위 열전소재, 상기 N형 열전소재와 상기 P형 열전소재의 일단에 전기적으로 접속되며 전원공급부로부터 전원이 인가되는 복수개의 제1전극, 상기 N형 열전소재와 상기 P형 열전소재의 다른 일단에 기설정된 간극을 두고 이격되게 배치되는 복수개의 제2전극, 및 상기 제2전극을 지지하는 제2기판을 포함하고, 상기 제2기판에 외부로부터 가압력이 인가되면 상기 제2전극이 상기 N형 열전소재와 상기 P형 열전소재의 다른 일단에 전기적으로 접속된다.
이는, 열전 모듈의 온도 제어 효율 및 에너지 효율을 향상시키기 위함이다.
즉, 기존에는 사용자의 신체 접촉 여부와 관계없이 열전 모듈의 전체 영역이 균일한 온도로 제어되므로, 실제 온도 제어가 필요하지 않은 영역(예를 들어, 신체가 접촉하지 않는 비접촉 영역)에서도 온도 제어가 행해짐에 따라, 불가피하게 열 손실이 발생하고, 불필요한 전력 소모가 증가하는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명은 가압력이 인가(신체 접촉)되는 영역에서만 제2전극이 단위 열전소재에 접속되며, 단위 열전소재를 구성하는 N형 열전소재와 P형 열전소재가 폐회로를 형성(단위 열전소재에 의한 냉각 또는 가열)하도록 하는 것에 의하여, 열손실을 최소화하고, 전력 소모를 현저하게 낮추는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
따라서, 열전 모듈의 온도 제어를 전체 영역에 걸쳐 일괄적으로 수행하지 않고, 사용 환경(예를 들어, 사용자의 체형 및 자세 등)에 따라 실제 접촉이 이루어지는 특정 영역만의 온도 제어를 독립적으로 수행할 수 있으므로, 열전 모듈의 온도 제어 효율 및 에너지 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게, 상기 제2기판은 상기 가압력이 인가되면 탄성적으로 변형 가능한 탄성 재질로 형성된다.
이와 같이, 제2기판을 탄성 변형 가능한 재질로 형성하는 것에 의하여, 사용자의 신체 접측 등에 의하여 제2기판에 가압력이 인가되면 제2기판의 일부가 국부적으로 탄성 변형되며, 서로 다른 단위 열전소재에 대응되게 마련된 복수개의 제2전극 중 일부만을 N형 열전소재와 P형 열전소재(예를 들어, 가압력이 인가되는 영역의 하부에 배치된 N형 열전소재와 P형 열전소재)의 다른 일단에 전기적으로 접속시킬 수 있다.
또한, 제1기판과 제2기판의 사이에는 탄성지지부가 마련된다.
이와 같이, 제1기판과 제2기판의 사이에 탄성지지부를 마련하는 것에 의하여, 제2기판에 가해지는 가압력이 해제되면, 탄성지지부의 탄성력에 의해 제2기판이 초기 위치로 복귀되며 제2전극과 단위 열전소재의 사이 간극이 유지될 수 있다.
일 예로, 탄성지지부는 N형 열전소재의 외측면에 배치되는 제1사이드 탄성부재, P형 열전소재의 외측면에 배치되는 제2사이드 탄성부재를 포함한다.
다른 일 예로, 탄성지지부는 N형 열전소재와 P형 열전소재의 사이에 배치되는 센터 탄성부재를 포함한다.
또 다른 일 예로, 탄성지지부는, 제1기판과 제2기판의 사이에 배치되는 강성부재, 및 강성부재의 일단 및 타단 중 어느 하나 이상에 형성되는 탄성부재를 포함한다. 이와 같이, 강성부재 및 탄성부재를 포함하는 이중 구조로 탄성지지부를 형성하는 것에 의하여, 제2기판의 과도한 변형을 억제할 수 있으므로, 제2전극이 단위 열전소재에 접촉될 시 단위 열전소재에 과도한 가압력이 인가되는 것을 억제할 수 있으며, 단위 열전소재에 과도한 가압력이 인가됨에 따른 단위 열전소재의 손상 및 파손을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게 탄성지지부는 비전도성 재질로 형성된다. 이와 같이, 탄성지지부를 비전도성 재질로 형성하는 것에 의하여, 탄성지지부와 각 전극(제1전극 및 제2전극)간의 접촉에 의한 누전을 미연에 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 열전 모듈을 구성하는 복수개의 단위 열전소재는 전원공급부와 병렬로 연결된다.
다른 실시예에 따르면, 열전 모듈을 구성하는 복수개의 단위 열전소재가 전원공급부와 직렬로 연결된다. 이와 같이, 열전 모듈을 구성하는 복수개의 단위 열전소재를 전원공급부와 직렬로 연결하는 것에 의하여, 열전 모듈이 충분한 저항을 확보할 수 있으므로, 열전 모듈에 과전류가 인가되는 것을 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 복수개의 단위 열전소재에 의한 총 저항을 측정하는 저항측정부, 및 저항측정부에서 측정된 저항에 대응하여 제1전극에 인가되는 전압을 제어하는 제어부를 포함한다. 이는, 열전 모듈의 총 저항이 가압력이 인가되는 면적(단위 열전소재와 제2전극이 접속되는 부위)에 따라 가변된다는 것에 기인한 것으로, 저항측정부를 이용하여 열전 모듈의 총 저항을 실시간으로 감지하고, 감지된 총 저항에 비례한 전압이 인가되도록 제어하는 것에 의하여, 단위 열전소재에 항상 일정한 전류를 인가하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 열전 모듈의 온도 제어 효율 및 에너지 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면, 열전 모듈의 온도 제어를 전체 영역에 걸쳐 일괄적으로 수행하지 않고, 사용 환경(예를 들어, 사용자의 체형 및 자세 등)에 따라 실제 접촉이 이루어지는 특정 영역만의 온도 제어를 독립적으로 수행할 수 있으므로, 열손실을 최소화하고, 전력 소모를 현저하게 낮추는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열전 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1 'A'부분의 확대도이다.
도 3은 본 발명에 따른 열전 모듈로서, 가압력 인가시 N형 열전소재와 P형 열전소재가 폐회로(closed circuit)를 형성하는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 열전 모듈로서, 가압력 해제시 N형 열전소재와 P형 열전소재가 개회로(open circuit)를 형성하는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 열전 모듈로서, 국부적인 가압력 인가에 따른 단위 열전 소재의 작동 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 열전 모듈로서, 탄성지지부의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 열전 모듈로서, 탄성지지부의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 열전 모듈로서, 단위 열전 소재의 직렬 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 열전 모듈로서, 저항측정부 및 제어부를 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열전 모듈을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1 'A'부분의 확대도이다. 또한, 도 3은 본 발명에 따른 열전 모듈로서, 가압력 인가시 N형 열전소재와 P형 열전소재가 폐회로(closed circuit)를 형성하는 상태를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 열전 모듈로서, 가압력 해제시 N형 열전소재와 P형 열전소재가 개회로(open circuit)를 형성하는 상태를 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 열전 모듈로서, 국부적인 가압력 인가에 따른 단위 열전 소재의 작동 상태를 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 6은 본 발명에 따른 열전 모듈로서, 탄성지지부의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 열전 모듈로서, 탄성지지부의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 한편, 도 8은 본 발명에 따른 열전 모듈로서, 단위 열전 소재의 직렬 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 본 발명에 따른 열전 모듈로서, 저항측정부 및 제어부를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 열전 모듈(100)은, 제1기판(110), N형 열전소재(132)와 P형 열전소재(134)를 포함하며 제1기판(110)의 일면에 배열되는 복수개의 단위 열전소재(130), N형 열전소재(132)와 P형 열전소재(134)의 일단에 전기적으로 접속되며 전원공급부(170)로부터 전원이 인가되는 복수개의 제1전극(120), N형 열전소재(132)와 P형 열전소재(134)의 다른 일단에 기설정된 간극(도 2의 G)을 두고 이격되게 배치되는 복수개의 제2전극(140), 및 제2전극(140)을 지지하는 제2기판(150)을 포함하고, 제2기판(150)에 외부로부터 가압력(P)이 인가되면 제2전극(140)이 N형 열전소재(132)와 P형 열전소재(134)의 다른 일단에 전기적으로 접속된다.
제1기판(110)은 열전 모듈(100)의 형태를 유지하고, 외부 환경으로부터 단위 열전소재(130)를 보호하기 위해 마련된다.
제1기판(110)의 형태의 재질 및 구조는 요구되는 조건 및 사용 환경에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 제1기판(110)의 형태의 재질 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 제1기판(110)은 플렉시블하고 전기 절연 특성을 갖는 재질(예를 들어, 실리콘)으로 형성될 수 있다.
단위 열전소재(130)는 서로 반대 극성을 갖는 N형 열전소재(132)와 P형 열전소재(134)를 각각 하나씩 포함하여 구성되며, 제1기판(110)의 일면(예를 들어, 상면)에 소정 패턴으로 배열된다.
일 예로, 단위 열전소재(130)는 지그재그 형태로 배열될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 단위 열전소재(130)를 직선 형태 또는 여타 다른 형태로 배열하는 것이 가능하며, 단위 열전소재(130)의 배열 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
제1전극(120)은 N형 열전소재(132)와 P형 열전소재(134)의 일단에 전기적으로 접속되며, 전원공급부(170)로부터 전원이 인가된다.
여기서, 제1전극(120)에 전원이 인가된다 함은, 제1전극(120)에 정방향 전류 또는 역방향 전류가 인가되는 것을 모두 포함하는 것으로 정의된다. 예를 들어, 제1전극(120)에 정방향 전류가 인가되면 단위 열전소재(130)는 가열될 수 있고, 반대로 제1전극(120)에 역방향 전류가 인가되면 단위 열전소재(130)는 냉각될 수 있다.
보다 구체적으로, 제1전극(120)은 단위 열전소재(130)의 하단에 형성되어 단위 열전소재(130)와 제1기판(110)의 사이에 배치된다. 경우에 따라서는 단위 열전소재(130)와 제1전극(120)의 사이에 접합층과 같은 여타 다른 레이어를 형성하는 것도 가능하다.
제1전극(120)은 단위 열전소재(130)와 전기적으로 접속될 수 있는 통상의 금속 재질(예를 들어, 구리)로 형성될 수 있으며, 제1전극(120)의 재질에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
참고로, 열전 모듈(100)을 구성하는 복수개의 단위 열전소재(130)는 전원공급부(170)와 병렬로 연결되거나 직렬로 연결될 수 있다.
일 예로, 열전 모듈(100)을 구성하는 복수개의 단위 열전소재(130)가 전원공급부(170)와 병렬로 연결된 구조는 도 1을 통해 확인할 수 있다. 도 1을 참조하면, 제1전극(120)은 각 단위 열전소재(130)의 N형 열전소재(132)의 하단과 P형 열전소재(134)의 하단에 각각 개별적으로 접속되고, 복수개의 제1전극(120)은 전원공급부(170)와 병렬로 연결된다.
다른 일 예로, 열전 모듈(100')을 구성하는 복수개의 단위 열전소재(130)가 전원공급부(170)와 직렬로 연결된 구조는 도 8을 통해 확인할 수 있다. 도 8을 참조하면, 제1전극(120)은 서로 인전한 단위 열전소재(130)의 서로 다른 극성을 갖는 열전소재(N형 열전소재와 P형 열전소재)의 하단에 일체로 접속되고, 복수개의 제1전극(120)은 전원공급부(170)와 직렬로 연결된다. 예를 들어, 제1단위 열전소재(130)와 제2단위 열전소재(130)가 인접하게 배치되는 경우, 제1전극(120)은 제1단위 열전소재(130)의 N형 열전소재(132)와 제2단위 열전소재(130)의 P형 열전소재(134)에 동시에 접속 가능한 구조로 형성된다.
제2전극(140)은 N형 열전소재(132)와 P형 열전소재(134)의 다른 일단에 기설정된 간극(G)을 두고 이격되게 배치되고, 제2기판(150)은 제2전극(140)을 지지하도록 마련된다.
보다 구체적으로, 제2전극(140)은 단위 열전소재(130)를 구성하는 N형 열전소재(132)와 P형 열전소재(134)에 동시에 접속 가능한 구조로 형성되고, 제2전극(140)은 단위 열전소재(130)의 상단에 간극(G)을 두고 이격되게 배치된다.
제2전극(140)은 단위 열전소재(130)와 전기적으로 접속될 수 있는 통상의 금속 재질(예를 들어, 구리)로 형성될 수 있으며, 제2전극(140)의 재질에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
이때, 제2전극(140)과 단위 열전소재(130)의 사이 간극(G)은 제2기판(150)의 재질 또는 사용 환경 등에 따라 적절히 변경될 수 있다.
즉, 간극(G)의 사이즈가 일정 이상 큰 경우에는 제2기판(150)이 가압되더라도 제2전극(140)이 단위 열전소재(130)에 접속되기 어렵고, 이와 반대로, 간극(G)의 사이즈가 일정 이상 작으면 제2기판(150)에 의해 가압되는 제2전극(140)이 단위 열전소재(130)를 가압하는 가압력(P)에 의해 단위 열전소재(130)가 손상되거나 파손될 수 있으므로, 간극(G)의 사이즈는 제2기판(150)의 재질 또는 사용 환경 등에 따라 조절될 수 있어야 한다.
일 예로, 제2전극(140)과 단위 열전소재(130)의 사이 간극(G)의 사이즈는 사용자의 신체가 제2기판(150)에 접촉됨에 따라 제2기판(150)이 가압됨에 따른 제2기판(150)의 굽힘 변형 높이에 대응하는 사이즈로 형성될 수 있다.
제2기판(150)은 제1기판(110)은 열전 모듈(100)의 형태를 유지하고, 외부 환경으로부터 단위 열전소재(130)를 보호하기 위해 마련된다.
제2기판(150)의 형태의 재질 및 구조는 요구되는 조건 및 사용 환경에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 제2기판(150)의 형태의 재질 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
바람직하게, 제2기판(150)은 사용자의 신체가 접촉할 시 탄성적으로 굽힘 변형 가능한 재질(예를 들어, 실리콘)로 형성된다. 더욱 바람직하게, 제2기판(150)은 전기 절연 특성을 가지도록 마련된다.
이와 같이, 제2기판(150)을 탄성 변형 가능한 재질로 형성하는 것에 의하여, 도 5와 같이, 사용자의 신체(U) 접측 등에 의하여 제2기판(150)에 가압력(P)이 인가되면 제2기판(150)의 일부가 국부적으로 탄성 변형되며, 서로 다른 단위 열전소재(130)에 대응되게 마련된 복수개의 제2전극(140) 중 일부만을 N형 열전소재(132)와 P형 열전소재(134)(예를 들어, 가압력이 인가되는 영역의 하부에 배치된 N형 열전소재와 P형 열전소재)의 다른 일단에 전기적으로 접속시킬 수 있다.
바람직하게, 제1기판(110)과 제2기판(150)의 사이에는 탄성지지부(160)가 마련된다.
탄성지지부(160)는 제1기판(110)과 제2기판(150)의 사이에 구비되어, 제2기판(150)에 가해지는 가압력(P)이 해제되면, 탄성지지부(160)의 탄성력에 의해 제2기판(150)이 초기 위치로 복귀되며 제2전극(140)과 단위 열전소재(130)의 사이 간극(G)이 유지될 수 있게 한다.
여기서, 제2전극(140)과 단위 열전소재(130)의 사이 간극(G)이 유지된다 함은, 제2전극(140)이 단위 열전소재(130)로부터 기설정된 간극(G)만큼 이격된 상태를 유지하는 것으로 정의된다.
탄성지지부(160)는 간극(G)이 유지되도록 제2기판(150)에 부착된 제2전극(140)을 탄성적으로 지지 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있다.
일 예로, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 탄성지지부(160)는 N형 열전소재(132)의 외측면에 배치되는 제1사이드 탄성부재(162), P형 열전소재(134)의 외측면에 배치되는 제2사이드 탄성부재(164)를 포함한다.
제1사이드 탄성부재(162)와 제2사이드 탄성부재(164)는 제1기판(110)과 제2기판(150)의 사이 간격에 대응하는 길이를 갖도록 형성된다.
도 2를 참조하면, 제1사이드 탄성부재(162)와 제2사이드 탄성부재(164)에 압축력(제2기판을 가압하는 가압력)이 작용하지 않은 상태에서는, 제2전극(140)이 단위 열전소재(130)로부터 기설정된 간극(G)을 두고 이격된 상태로 지지된다. 제2전극(140)이 단위 열전소재(130)의 사이에 간극(G)이 존재하는 상태에서는 단위 열전소재(130)에 전원이 인가되어도 단위 열전소재(130)가 가열되거나 냉각되지 않는다.
도 3을 참조하면, 제2기판(150)에 가압력(P)이 인가되면, 제2기판(150)이 변형됨과 동시에 제1사이드 탄성부재(162)와 제2사이드 탄성부재(164)가 압축되면서 제2전극(140)이 단위 열전소재(130)에 접속된다. 제2전극(140)이 단위 열전소재(130)에 접속된 상태에서는 N형 열전소재(132)와 P형 열전소재(134)가 폐회로를 이루게 됨으로써, 단위 열전소재(130)가 가열 또는 냉각된다.
도 4와 같이, 제2기판(150)에 인가되는 가압력(P)이 해제되면, 제1사이드 탄성부재(162)와 제2사이드 탄성부재(164)의 탄성 복원력에 의해 제2기판(150)이 초기 위치(변형되기 전의 위치)로 복귀되고, 제2전극(140)은 단위 열전소재(130)로부터 기설정된 간극(G)만큼 이격되게 배치된다.
본 발명의 실시예에서는, N형 열전소재(132)의 외측면에 제1사이드 탄성부재(162)가 배치되고, P형 열전소재(134)의 외측면에 제2사이드 탄성부재(164)가 배치되는 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1사이드 탄성부재(162)와 제2사이드 탄성부재(164) 중에 어느 하나만을 사용하는 것도 가능하다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 탄성지지부(160)는 N형 열전소재(132)와 P형 열전소재(134)의 사이에 배치되는 센터 탄성부재(166)를 포함한다.
도 6을 참조하면, 센터 탄성부재(166)는 단위 열전소재(130)를 구성하는 N형 열전소재(132)와 P형 열전소재(134)의 사이에 배치되며, 제2전극(140)을 탄성적으로 지지한다. 이와 같은 구조에 의하여, 제2기판(150)에 가압력(P)이 인가되면, 센터 탄성부재(166)가 압축되면서 제2전극(140)이 N형 열전소재(132)와 P형 열전소재(134)에 동시에 접속된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 탄성지지부(160')는, 제1기판(110)과 제2기판(150)의 사이에 배치되는 강성부재(168), 및 강성부재(168)의 일단 및 타단 중 어느 하나 이상에 형성되는 탄성부재(169)를 포함한다.
일 예로, 도 7을 참조하면, 탄성부재(169)는 강성부재(168)의 상단(도 7 기준)에 형성될 수 있다. 경우에 따라서는 탄성부재를 강성부재의 하단에 형성하거나, 강성부재의 상단 및 하단에 각각 형성하는 것도 가능하다.
여기서, 강성부재(168)라 함은, 가압력(P)이 작용할 시 압축되지 않은 비압축성 재질로 형성된 부재를 의미하며, 강성부재(168)의 재질에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 강성부재(168) 및 탄성부재(169)를 포함하는 이중 구조로 탄성지지부(160')를 형성하는 것에 의하여, 제2기판(150)의 과도한 변형을 억제할 수 있으므로, 제2전극(140)이 단위 열전소재(130)에 접촉될 시 단위 열전소재(130)에 과도한 가압력(P)이 인가되는 것을 억제할 수 있으며, 단위 열전소재(130)에 과도한 가압력(P)이 인가됨에 따른 단위 열전소재(130)의 손상 및 파손을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 탄성부재(169)가 강성부재(168)의 단부에 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 강성부재의 단부로부터 이격된 부위(예를 들어, 중앙부)에 탄성부재를 배치하는 것도 가능하다.
또한, 강성부재(168) 및 탄성부재(169)를 포함하는 탄성지지부(160')는 N형 열전소재(132)와 P형 열전소재(134)의 외측면에 배치되거나, N형 열전소재(132)와 P형 열전소재(134)의 사이에 배치될 수 있으며, 탄성지지부(160')의 배치 위치는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
바람직하게 탄성지지부(160,160')는 비전도성 재질로 형성된다.
참고로, 본 발명에서 탄성지지부(160,160')가 비전도성 재질로 형성된다 함은, 탄성지지부(160,160,)의 전기 전도성이 아예 없거나 누전을 발생시키기 않을 정도로 매우 작은 전기 전도성을 갖는 것을 모두 포함하는 것으로 정의된다.
이와 같이, 탄성지지부(160,160)를 비전도성 재질로 형성하는 것에 의하여, 탄성지지부(160,160')와 각 전극(제1전극 및 제2전극)간의 접촉에 의한 누전을 미연에 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 도 8을 참조하면, 열전 모듈(100')을 구성하는 복수개의 단위 열전소재(130)를 전원공급부(170)와 직렬로 연결할 수 있다.
이와 같이, 열전 모듈(100')을 구성하는 복수개의 단위 열전소재(130)를 전원공급부(170)와 직렬로 연결하는 것에 의하여, 열전 모듈(100')이 충분한 저항을 확보할 수 있으므로, 열전 모듈(100')에 과전류가 인가되는 것을 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 열전 모듈(100')을 구성하는 복수개의 단위 열전소재(130)가 전원공급부(170)와 병렬로 연결된 구조(도 1 참조)에서는, 각각의 단위 열전소재(130)는 낮은 저항을 가지게 되므로, 동일한 외부 전압이 인가되더라도 단위 열전소재(130)에는 상대적으로 높은 전류가 흐르게 된다. 반면, 열전 모듈(100')을 구성하는 복수개의 단위 열전소재(130)를 직렬로 연결하여 하나의 모듈로 구성하면, 과전류를 억제하기에 충분한 저항을 확보할 수 있으므로, 외부 전압에 대해 적정 수준의 전류값을 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 9를 참조하면, 복수개의 단위 열전소재(130)에 의한 총 저항을 측정하는 저항측정부(180), 및 저항측정부(180)에서 측정된 저항에 대응하여 제1전극(120)에 인가되는 전압을 제어하는 제어부(190)를 포함할 수 있다.
이와 같이, 복수개의 단위 열전소재(130)에 의한 총 저항(Ω)을 측정하고, 측정 결과(총 저항)에 대응하여 제1전극(120)에 인가되는 전압을 제어하는 것에 의하여 단위 열전소재(130)에 항상 일정한 전류를 인가할 수 있다.
이는, 열전 모듈(100)의 총 저항이 가압력(P)이 인가되는 면적(단위 열전소재와 제2전극이 접속되는 부위)에 따라 가변된다는 것에 기인한 것으로, 저항측정부를 이용하여 열전 모듈(100)의 총 저항을 실시간으로 감지하고, 감지된 총 저항에 비례한 전압이 인가되도록 제어하는 것에 의하여, 단위 열전소재(130)에 항상 일정한 전류를 인가하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 열전 모듈
110 : 제1기판
120 : 제1전극
130 : 단위 열전소재
132 : N형 열전소재
134 : P형 열전소재
140 : 제2전극
150 : 제2기판
160,160' : 탄성지지부
162 : 제1사이드 탄성부재
164 : 제2사이드 탄성부재
166 : 센터 탄성부재
168 : 강성부재
169 : 탄성부재
170 : 전원공급부
180 : 저항측정부
190 : 제어부

Claims (12)

  1. 제1기판;
    N형 열전소재와 P형 열전소재를 포함하며, 상기 제1기판의 일면에 배열되는 복수개의 단위 열전소재;
    상기 N형 열전소재와 상기 P형 열전소재의 일단에 전기적으로 접속되며, 전원공급부로부터 전원이 인가되는 복수개의 제1전극;
    상기 N형 열전소재와 상기 P형 열전소재의 다른 일단에 기설정된 간극을 두고 이격되게 배치되는 복수개의 제2전극; 및
    상기 제2전극을 지지하는 제2기판;을 포함하고,
    상기 제2기판에 외부로부터 가압력이 인가되면 상기 제2전극이 상기 N형 열전소재와 상기 P형 열전소재의 다른 일단에 전기적으로 접속되되,
    상기 가압력이 해제되면, 상기 간극이 유지되도록 상기 제1기판과 상기 제2기판의 사이에 구비되는 탄성지지부를 포함하는 열전 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2기판은 상기 가압력이 인가되면 탄성적으로 변형 가능한 탄성 재질로 형성되는 열전 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2기판은 상기 가압력이 인가되면 국부적으로 탄성 변형하며, 상기 복수개의 제2전극 중 일부를 상기 N형 열전소재와 상기 P형 열전소재의 다른 일단에 전기적으로 접속시키는 열전 모듈.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 탄성지지부는,
    상기 N형 열전소재의 외측면에 배치되는 제1사이드 탄성부재; 및
    상기 P형 열전소재의 외측면에 배치되는 제2사이드 탄성부재;
    중 어느 하나 이상을 포함하는 열전 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탄성지지부는,
    상기 단위 열전소재를 구성하는 상기 N형 열전소재와 상기 P형 열전소재의 사이에 배치되는 센터 탄성부재를 포함하는 열전 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 탄성지지부는,
    상기 제1기판과 상기 제2기판의 사이에 배치되는 강성부재; 및
    상기 강성부재의 일단 및 타단 중 어느 하나 이상에 형성되는 탄성부재;
    를 포함하는 열전 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 탄성지지부는 비전도성 재질로 형성되는 열전 모듈.
  9. 제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수개의 단위 열전소재는 상기 전원공급부에 병렬로 연결되는 열전 모듈.
  10. 제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수개의 단위 열전소재는 상기 전원공급부에 직렬로 연결되는 열전 모듈.
  11. 제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수개의 단위 열전소재에 의한 총 저항을 측정하는 저항측정부; 및
    상기 저항측정부에서 측정된 저항에 대응하여 상기 제1전극에 인가되는 전압을 제어하는 제어부;
    를 포함하는 열전 모듈.
  12. 제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전원공급부는 상기 단위 열전소재에 선택적으로 정방향 전류 또는 역방향 전류를 인가하는 열전 모듈.
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