KR102036023B1 - Method of driving matrix type thermoelectric module - Google Patents

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Abstract

냉각 및 가열, 온도기울기, 온도의 고저 등을 미세하게 제어하여, 미세한 온도 제어가 필요한 증강현실, TGI 등에 적용될 수 있는 셀 단위 매트릭스 타입의 열전모듈 구동방법을 제시한다. 그 모듈 및 방법은 n개(n은 자연수)의 X축 리드선(X1, …Xn) 및 m개(m은 자연수)의 Y축 리드선(Y1, …, Ym)을 포함하는 매트릭스(matrix) 형태를 이루고, X축 리드선(X1, …Xn)과 Y축 리드선(Y1, …, Ym)의 교차점 각각에는 열전쌍(thermo couple)이 위치하며, 열전쌍은 X축 리드선(X1, …Xn)과 Y축 리드선(Y1, …, Ym)과 전기적으로 접속되어 각 셀의 온도가 셀 단위로 개별적으로 제어되며, 이때 제어는 블록 제어, 점진 제어, 시간 제어 및 그들이 조합된 것 중에서 선택된 어느 하나가 시행된다.The present invention provides a method for driving a thermoelectric module of a cell unit matrix type that can be applied to augmented reality, TGI, etc., which requires fine temperature control by finely controlling cooling and heating, temperature gradient, and temperature elevation. The module and method have a matrix form including n (n is a natural number) X-axis lead wires (X1, ... Xn) and m (m is a natural number) Y-axis lead wires (Y1, ..., Ym). At each intersection of the X-axis lead wires (X1, ... Xn) and the Y-axis lead wires (Y1, ..., Ym), a thermocouple is positioned, and the thermocouples have X-axis lead wires (X1, ... Xn) and Y-axis lead wires. (Y1, ..., Ym) are electrically connected so that the temperature of each cell is individually controlled on a cell-by-cell basis, wherein control is performed by any one selected from block control, progressive control, time control, and combinations thereof.

Figure R1020180013146
Figure R1020180013146

Description

셀 단위 매트릭스 타입의 열전모듈 구동방법{Method of driving matrix type thermoelectric module}Method of driving thermoelectric module of cell unit matrix type {Method of driving matrix type thermoelectric module}

본 발명은 열전모의 구동방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 셀 단위로 배열된 열전쌍(thermo couple)으로 온도를 미세하게 제어하는 매트릭스 타입의 열전모듈 구동방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of driving a thermoelectric, and more particularly, to a method of driving a thermoelectric module of a matrix type for finely controlling temperature by a thermocouple arranged in units of cells.

열전현상(thermoelectric effect)은 열과 전기 사이의 가역적이고 직접적인 에너지가 변환되는 것이며, 재료 내부의 전자(electron)와 정공(hole)의 이동에 의해 발생한다. 열전현상은 냉각 분야에 주로 이용되는 펠티어 효과(Peltier effect)와 발전 분야에 활용되고 있는 제벡 효과(Seebeck effect)로 구분된다. 열전냉각은 냉매가스를 사용하지 않는 무진동, 저소음으로 친환경적이다. 최근에는, 고효율의 열전냉각재료가 개발되어 냉장고, 에어컨 등 그 응용분야가 확대되고 있다. 자동차 엔진부, 산업용 공장 등에서는 온도 차이에 의한 열전발전이 가능하며, 태양에너지 사용이 불가능한 우주 탐사선에도 이러한 열전발전 시스템을 사용하고 있다. 특히, 상기 펠티어 효과는 서로 다른 반도체를 접합시킨 뒤 통전시키면 일측면에는 흡열, 타측면에서는 발열이 이루어져, 온도를 제어하는 데 사용한다. The thermoelectric effect is the reversible and direct conversion of energy between heat and electricity and is caused by the movement of electrons and holes inside the material. Thermoelectric phenomena are divided into the Peltier effect, which is mainly used in the cooling field, and the Seebeck effect, which is used in the power generation field. Thermoelectric cooling is eco-friendly with no vibration and low noise without using refrigerant gas. Recently, high-efficiency thermoelectric cooling materials have been developed, and their application fields, such as refrigerators and air conditioners, have been expanded. Automotive engines, industrial plants, etc., thermoelectric power generation is possible due to temperature differences, and the thermoelectric power generation system is also used for space probes that cannot use solar energy. In particular, the Peltier effect is used to control the temperature by the endotherm on one side, the heat generation on the other side when the different semiconductors are bonded and energized.

최근에는 열에 의한 촉감을 실질적으로 구현하는 증강현실, 뜨거운 석쇠현상(TGI; Thermal Grill Illusion)과 같은 의학용 등으로 열전모듈의 용도가 확대될 가능성이 커지고 있다. 이를 위해서는 온도기울기, 발열범위, 온도차, 발열속도 등을 미세하게 제어하여야 한다. 그런데, 종래의 국내공개특허 제2017-5222호, 일본등록특허 제6,193,709호 등은 블록 단위로 열전소자가 배열된 열전모듈이 제시되고 있으나, 상기 특허로는 증강현실, TGI 등에 적합하지 않다. 왜냐하면, 블록 단위로 배열되면, 블록 전체가 일시에 냉각 또는 발열을 하므로, 상대적으로 미세한 제어를 요청하는 증강현실, TGI 등에 적용하기 어렵다. In recent years, the use of thermoelectric modules has been increasing for medical applications such as augmented reality and thermal grill Illusion (TGI), which substantially realizes the touch caused by heat. For this purpose, the temperature gradient, heat generation range, temperature difference, heat generation rate, etc. should be finely controlled. By the way, conventional Korean Patent Application Publication No. 2017-5222, Japanese Patent No. 6,193,709 and the like has been proposed thermoelectric module in which thermoelectric elements are arranged in block units, the patent is not suitable for augmented reality, TGI and the like. Because, when arranged in units of blocks, since the entire block is cooled or heated at a time, it is difficult to apply to augmented reality, TGI, or the like, which requires relatively fine control.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.The matters described as the background art are only for the purpose of improving the understanding of the background of the present invention, and should not be taken as acknowledging that they correspond to the related art already known to those skilled in the art.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 냉각 및 가열, 온도기울기, 온도의 고저 등을 미세하게 제어하여, 미세한 온도 제어가 필요한 증강현실, TGI 등에 적용될 수 있는 셀 단위 매트릭스 타입의 열전모듈 구동방법을 제공하는 데 있다.The problem to be solved by the present invention is to provide a method for driving a thermoelectric module of the cell unit matrix type that can be applied to augmented reality, TGI, etc. which requires fine temperature control by finely controlling cooling and heating, temperature gradient, temperature, and the like. There is.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 셀 단위 매트릭스 타입의 열전모듈의 구동방법은 n개(n은 자연수)의 X축 리드선(X1, …Xn) 및 m개(m은 자연수)의 Y축 리드선(Y1, …, Ym)을 포함하는 매트릭스(matrix) 형태를 이루고, 상기 X축 리드선(X1, …Xn)과 상기 Y축 리드선(Y1, …, Ym)의 교차점 각각에는 열전쌍(thermo couple)이 위치하며, 상기 열전쌍은 상기 X축 리드선(X1, …Xn)과 상기 Y축 리드선(Y1, …, Ym)과 전기적으로 접속되어 각 셀의 온도가 셀 단위로 개별적으로 제어되며, 각각의 상기 셀에는 하나의 X축 리드선 및 하나의 Y축 리드선에 접속되고, 상기 제어는 블록 제어, 점진 제어, 시간 제어 및 그들이 조합된 것 중에서 선택된 어느 하나가 시행된다.In order to solve the problems of the present invention, a method of driving a cell-based matrix type thermoelectric module includes n X-axis lead wires X1, ... Xn, and m (m is natural water) Y-axis lead wires (Y1). A thermocouple is positioned at each intersection of the X-axis lead wires X1, ... Xn and the Y-axis lead wires Y1, ..., Ym. The thermocouple is electrically connected to the X-axis lead wires (X1, ... Xn) and the Y-axis lead wires (Y1, ..., Ym) so that the temperature of each cell is individually controlled on a cell-by-cell basis. Is connected to one X-axis lead wire and one Y-axis lead wire, and the control is performed by any one selected from block control, progressive control, time control, and a combination thereof.

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본 발명의 방법에 있어서, 상기 제어는 전류방향 및 전류량을 조절하여 이루어진다. 상기 제어는 냉각 및 발열, 온도기울기 및 온도의 고저 중의 적어도 하나를 상기 셀 단위로 조절할 수 있다. 상기 블록 제어를 위한 블록은 상기 열전모듈이 사용되는 상황 및 용도에 따라 설정된다. 상기 블록 제어는 서로 다른 온도를 가지는 블록을 하나보다 많게 설정할 수 있다. 상기 점진 제어는 선형적인 점진 제어 또는 방사상의 점진 제어를 포함할 수 있다.In the method of the present invention, the control is made by adjusting the current direction and the amount of current. The control may adjust at least one of cooling and heating, a temperature gradient, and a height of temperature in units of cells. The block for controlling the block is set according to the situation and use of the thermoelectric module. The block control may set more than one block having different temperatures. The progressive control may include linear progressive control or radial progressive control.

본 발명의 셀 단위 매트릭스 타입의 열전모듈 구동방법에 의하면, 열전모듈을 셀 단위로 개별 제어함으로써, 냉각 및 발열, 온도기울기, 온도의 고저 등을 미세하게 제어하여, 증강현실, TGI 등에 적용될 수 있다. According to the method of driving a cell-type matrix type thermoelectric module of the present invention, by individually controlling the thermoelectric module on a cell-by-cell basis, fine control of cooling and heat generation, temperature gradient, temperature elevation, and the like can be applied to augmented reality and TGI. .

도 1은 본 발명에 의한 셀 단위 매트릭스 타입의 열전모듈을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 열전모듈에 적용되는 열전쌍을 포함한 셀의 일부를 보여주는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 열전모듈의 구동방법의 대표적인 사례를 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram illustrating a thermoelectric module of a cell unit matrix type according to the present invention.
2 is a perspective view showing a part of a cell including a thermocouple applied to the thermoelectric module of the present invention.
3 is a view for explaining a representative example of a method of driving a thermoelectric module of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 한편, 상부, 하부, 정면 등과 같이 위치를 지적하는 용어들은 도면에 나타낸 것과 관련될 뿐이다. 실제로, 열전모듈은 임의의 선택적인 방향으로 사용될 수 있으며, 실제 사용할 때 공간적인 방향은 열전모듈의 방향 및 회전에 따라 변한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. On the other hand, terms indicating the location, such as top, bottom, front, etc., are only related to those shown in the drawings. In practice, the thermoelectric module can be used in any optional direction, and in actual use the spatial direction changes with the direction and rotation of the thermoelectric module.

본 발명의 실시예는 열전모듈을 셀 단위로 개별 제어함으로써, 냉각 및 발열, 온도기울기, 온도의 고저 등을 미세하게 제어하여, 미세한 온도 제어가 필요한 증강현실, TGI 등에 적용될 수 있는 매트릭스 타입의 열전모듈 구동방법을 제시한다. 이를 위해, 셀 단위로 제어되는 매트릭스 타입의 열전모듈의 구조에 대하여 상세하게 알아보고, 상기 열전모듈의 구동방법을 자세하게 살펴보기로 한다. 본 발명의 실시예에 의한 열전모듈은 하나의 열전쌍(thermo couple)을 기준으로 하여 하나의 셀(cell)을 이루므로, 이를 셀 단위라고 한다. 여기서, 온도기울기는 선택된 셀 자체 또는 인접하는 셀로의 냉각 및 발열속도를 포함하는 개념이다. Embodiment of the present invention by controlling the thermoelectric module individually by cell unit, to finely control the cooling and heat generation, the temperature gradient, the temperature rise and the like, matrix type thermoelectric that can be applied to augmented reality, TGI, etc. requiring fine temperature control The module driving method is presented. To this end, the structure of the matrix type thermoelectric module controlled in units of cells will be described in detail, and a method of driving the thermoelectric module will be described in detail. Since the thermoelectric module according to the embodiment of the present invention forms one cell based on one thermocouple, this is called a cell unit. Here, the temperature gradient is a concept including cooling and exothermic rates of the selected cell itself or adjacent cells.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 셀 단위 매트릭스 타입의 열전모듈을 나타내는 도면이다. 다만, 엄밀한 의미의 도면을 표현한 것이 아니며, 설명의 편의를 위하여 도면에 나타나지 않은 구성요소가 있을 수 있다. 1 is a diagram illustrating a thermoelectric module of a cell unit matrix type according to an exemplary embodiment of the present invention. However, the drawings are not strictly expressed and may have components that are not shown in the drawings for the convenience of description.

도 1에 의하면, 본 발명의 열전모듈(100)은 n개(n은 자연수)의 X축 리드선(X1, …Xn) 및 m개(m은 자연수)의 Y축 리드선(Y1, …, Ym)을 포함하는 매트릭스(matrix) 형태이다. X축 리드선(X1, …Xn)과 Y축 리드선(Y1, …, Ym)의 교차점 각각에는 열전쌍(thermo couple)이 위치한다. 예를 들어, X1 리드선에는 T11, T12, …, T1m의 열전쌍이 배치되고, Xn 리드선에는 Tn1, Tn2, …, Tnm의 열전쌍이 배치된다. 이때, 각각의 열전쌍(T11, …, Tnm)은 해당부분의 X축 리드선(X1, …Xn)과 Y축 리드선(Y1, …, Ym)을 포함하여 셀(cell)을 이룬다. 이에 대해서는 추후에 상세하게 설명하기로 한다. X축 리드선(X1, …Xn)과 Y축 리드선(Y1, …, Ym)은 투명 또는 불투명할 수 있고, ITO, 산화주석, 산화인듐, 백금, 금, 카본, 은, 알루미늄, 구리 등과 같은 도전물질 중에서 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 1, the thermoelectric module 100 of the present invention includes n X-axis lead wires X1, ... Xn and m (m is a natural number) Y-axis lead wires Y1, ..., Ym It is in the form of a matrix comprising a. Thermocouples are located at the intersections of the X-axis lead wires X1, ... Xn and the Y-axis lead wires Y1, ..., Ym. For example, the X1 lead wire may include T11, T12,... , T1m thermocouples are arranged, and Tn1, Tn2,... , Tnm thermocouples are arranged. At this time, each of the thermocouples T11, ..., and Tnm forms a cell including the X-axis lead wires X1, ... Xn and the Y-axis lead wires Y1, ..., Ym of the corresponding portion. This will be described later in detail. The X-axis lead wires X1, ... Xn and the Y-axis lead wires Y1, ..., Ym may be transparent or opaque, and may be electrically conductive such as ITO, tin oxide, indium oxide, platinum, gold, carbon, silver, aluminum, copper, or the like. It may be made of any one selected from materials.

본 발명의 열전모듈(100)은 X축 리드선(X1, …Xn)과 Y축 리드선(Y1, …, Ym)에 의해 매트릭스 구조를 이루고, 셀 단위로 제어된다. 또한, 열전모듈(100)은 공통전극(G)과 접속되어 있다. 이때, 공동전극(G)는 평형점(0V)을 이루는 접지전극이 바람직하고, 포지티브(+), 네거티브(-)의 동작으로 냉각 및 가열을 선택적으로 구현한다. 열전모듈(100)의 각각의 열전쌍(T11, …, Tnm)에서의 전류는 공통전극(G)와 벡터(vector)적으로 연관된다. 예컨대, T11 열전쌍에서의 전류는

Figure 112018011813377-pat00001
이고, Tnm 열전쌍에서의 전류는
Figure 112018011813377-pat00002
이다. 이와 같은 방식으로, 본 발명의 실시예에 의한 열전모듈(100)은 냉각 및 가열, 온도기울기(gradient), 온도의 고저 등을 각각의 열전쌍마다 선택적으로 제어할 수 있다.The thermoelectric module 100 of the present invention has a matrix structure by X-axis lead wires X1, ... Xn and Y-axis lead wires Y1, ..., Ym, and is controlled in units of cells. In addition, the thermoelectric module 100 is connected to the common electrode G. At this time, the common electrode (G) is preferably a ground electrode forming the equilibrium point (0V), and selectively implements cooling and heating by the operation of the positive (+), negative (-). The current in each thermocouple T11,..., Tnm of the thermoelectric module 100 is vectorly associated with the common electrode G. For example, the current in a T11 thermocouple is
Figure 112018011813377-pat00001
And the current in the Tnm thermocouple is
Figure 112018011813377-pat00002
to be. In this way, the thermoelectric module 100 according to the embodiment of the present invention can selectively control the cooling and heating, the temperature gradient (gradient), the temperature rise and the like for each thermocouple.

본 발명의 실시예에 의한 열전모듈(100)은 리지드(rigid)한 기판에 적용할 수 있으나, 플렉시블(flexible)한 기판에 형성할 수 있다. 플렉시블한 열전모듈은 공지된 것을 모두 사용할 수 있으므로, 여기서는 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 셀(C11, …, Cnm, 도 3 참조)을 이루는 열전쌍(T11, …, Tnm) 및 X축/Y축 리드선[(X1, …Xn), (Y1, …, Ym)]은 솔더링, 후막 프린팅법, 레이저 소각 제거법(laser oblation), 리소그래피법 등을 활용하여 제작할 수 있다. 증강현실, TGI 등과 같은 미세 온도제어 소자에 적용되는 셀(C11, …, Cnm)의 크기는 미세할수록 좋으므로, 레이저 소각 제거법, 리소그래피법이 보다 바람직하다. The thermoelectric module 100 according to the embodiment of the present invention may be applied to a rigid substrate, but may be formed on a flexible substrate. The flexible thermoelectric module may use all known ones, and thus detailed description thereof will be omitted. In addition, thermocouples T11, ..., Tnm and X-axis / Y-axis lead wires ((X1, ... Xn), (Y1, ..., Ym) constituting cells C11, ..., Cnm (see FIG. 3) are soldered, It can be produced using thick film printing, laser oblation, lithography, and the like. The finer the size of the cells C11, ..., Cnm applied to the fine temperature control element such as augmented reality and TGI, the better the laser incineration removal method and the lithography method.

도 2는 본 발명의 실시예의 열전모듈(100)에 적용되는 열전쌍을 포함하는 셀의 일부를 보여주는 사시도이다. 이때, 열전모듈(100)은 도 1을 참고하기로 한다. 2 is a perspective view showing a part of a cell including a thermocouple applied to the thermoelectric module 100 of the embodiment of the present invention. In this case, the thermoelectric module 100 will be referred to FIG. 1.

도 2에 의하면, 열전쌍(20)의 N형 열전소자(20a) 및 P형 열전소자(20b)는 벌크 형태로 반도체로 이루어지며, 슬라이싱(slicing) 또는 슬랩(slap)에 의해 일정한 두께를 가진 장방형이다. N형 열전소자(20a) 및 P형 열전소자(20b)는 열전모듈(100)을 구성하는 하나의 단위인 열전쌍(20)을 구성한다. 열전모듈(100) 전체에 걸쳐서, N형 열전소자(20a) 및 P형 열전소자(20b)은 교호적으로 반복되어 배치된다. 도시되지는 않았지만, N형 열전소자(20a) 및 P형 열전소자(20b) 사이에는 절연을 위한 절연격벽이 존재할 수 있다. 또한, 열전쌍(20)은 본 발명의 범주 내에서 도면에 표현되지 않은 구성요소, 예컨대 솔더링 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the N-type thermoelectric element 20a and the P-type thermoelectric element 20b of the thermocouple 20 are made of a semiconductor in a bulk form, and have a rectangular shape having a predetermined thickness by slicing or slap. to be. The N-type thermoelectric element 20a and the P-type thermoelectric element 20b constitute a thermocouple 20 which is one unit constituting the thermoelectric module 100. Throughout the thermoelectric module 100, the N-type thermoelectric element 20a and the P-type thermoelectric element 20b are alternately and repeatedly arranged. Although not shown, an insulating partition wall for insulation may exist between the N-type thermoelectric element 20a and the P-type thermoelectric element 20b. In addition, thermocouple 20 may include components that are not represented in the figures, such as soldering, etc., within the scope of the present invention.

전극(10)은 상부 및 하부전극(10a, 10b)로 나뉘며, 각각 열전쌍(20)의 양면에 서로 대향되어 부착된다. 전극(10)을 이루는 물질은 다양하게 선택할 수 있으나, 전기전도성이 우수한 것이 바람직하다. 전극(10)은 도전성 물질로 이루어지며, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐(W), 철(Fe), 티타늄(Ti), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 탄소(C), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta), 이리듐(Ir), 아연(Zn), 주석(Sn), 인듐(In) 중에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 그들의 혼합물 또는 그들의 합금일 수 있다. 전극(10)의 두께는 열전쌍(20)과의 전기적인 결합력을 충분하게 유지하는 정도를 가진다. The electrodes 10 are divided into upper and lower electrodes 10a and 10b, and are respectively attached to both sides of the thermocouple 20 so as to face each other. The material constituting the electrode 10 can be variously selected, but it is preferable that the electrical conductivity is excellent. The electrode 10 is made of a conductive material and includes aluminum (Al), copper (Cu), tungsten (W), iron (Fe), titanium (Ti), silver (Ag), gold (Au), and platinum (Pt). At least one selected from nickel (Ni), carbon (C), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), iridium (Ir), zinc (Zn), tin (Sn), and indium (In), or a mixture thereof It may be an alloy. The thickness of the electrode 10 has a degree of sufficiently maintaining the electrical coupling force with the thermocouple 20.

N형 열전소자(20a) 및 P형 열전소자(20b)는 각각 X축 리드선(X1, …Xn) 및 Y축 리드선(Y1, …, Ym)과 연결되어 전원(도시되지 않음)과 전기적으로 접속된다. 도면에서는 셀T11, T21 및 T31의 N형 열전소자(20a)는 Y1 리드선에 접속되고, P형 열전소자(20a)는 각각 X1, X2 및 X3 리드선과 접속된 상태를 나타내고 있다. 이와 같은 방식으로, 열전모듈(100)의 T11, …, Tnm의 N형 열전소자(20a) 및 P형 열전소자(20b)는 각각 X축 리드선(X1, …Xn) 및 Y축 리드선(Y1, …, Ym)과 연결된다. 이렇게 되면, T11, …, Tnm는 X축 리드선(X1, …Xn) 및 Y축 리드선(Y1, …, Ym)에 의해 개별적으로 제어된다. The N-type thermoelectric element 20a and the P-type thermoelectric element 20b are respectively connected to the X-axis lead wires X1, ... Xn and the Y-axis lead wires Y1, ..., Ym and electrically connected to a power source (not shown). do. In the figure, the N-type thermoelectric elements 20a of the cells T11, T21, and T31 are connected to the Y1 lead wires, and the P-type thermoelectric elements 20a are connected to the X1, X2, and X3 lead wires, respectively. In this manner, T11,... Of the thermoelectric module 100. , Tnm's N-type thermoelectric element 20a and P-type thermoelectric element 20b are connected to X-axis lead wires X1, ... Xn and Y-axis lead wires Y1, ..., Ym, respectively. If so, T11,... , Tnm are individually controlled by the X-axis lead wires X1, ... Xn and the Y-axis lead wires Y1, ..., Ym.

도 3은 본 발명의 실시예의 열전모듈(100)의 구동방법의 대표적인 사례를 설명하기 위한 도면이다. 여기서는 대표적인 사례를 제시한 것에 불과하므로, 본 발명의 기술적 사상에 부합하도록 다양하게 변형될 수 있다. 이때, 열전모듈(100)은 도 1 및 도 2를 참고하기로 한다. 여기서, 각각의 셀(C11, …, Cnm)은 열전쌍(20), 전극(10), X축/Y축 리드선[(X1, …Xn), (Y1, …, Ym)]을 포함하여, 하나의 열전쌍(20)을 구동하기 위한 모든 요소를 말한다. 즉, 각각의 셀셀(C11, …, Cnm)에는 X축/Y축 리드선[(X1, …Xn), (Y1, …, Ym)]에 선택된 2개의 리드선이 접속된다.3 is a view for explaining a representative example of the driving method of the thermoelectric module 100 of the embodiment of the present invention. Since only a representative example is presented here, it may be variously modified to conform to the technical spirit of the present invention. In this case, the thermoelectric module 100 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. Here, each cell C11, ..., Cnm includes one thermocouple 20, an electrode 10, and an X-axis / Y-axis lead wire [(X1, ... Xn), (Y1, ..., Ym)]. Refers to all elements for driving the thermocouple 20. That is, two lead wires selected to the X-axis / Y-axis lead wires ((X1, ... Xn), (Y1, ..., Ym)] are connected to each cell cell C11, ..., Cnm.

도 3에 의하면, 열전모듈(100)의 구동방법은 크게 블록 제어, 점진 제어, 시간 제어 및 그들이 조합된 제어로 구분될 수 있다. 상기 조합된 제어는 사전에 설계된 시간에 블록 제어를 하면서 점진 제어를 동시에 구현하는 것이다. 도면에서, 네 가지 사례(a, b, c, d)를 제시하고 있으며, 사례(a, b)는 상기 블록 제어, 사례(c, d)는 상기 점진 제어를 나타낸다. 본 발명의 실시예에 의한 제어는 냉각 및 가열의 선택, 온도기울기(gradient), 온도의 고저를 복합적으로 상호 연계할 수 있다. 한편, 열전쌍(20)의 온도는 전류방향 및 공급되는 전류량에 따라 달라지므로, 열전모듈(100)의 구동방법은 각각의 셀(C11, …, Cnm)의 열전쌍(20)에서의 전류방향 및 전류량을 제어하는 것과 같다.Referring to FIG. 3, a method of driving the thermoelectric module 100 may be largely classified into block control, progressive control, time control, and a combination thereof. The combined control implements progressive control simultaneously with block control at a predesigned time. In the figure, four cases (a, b, c, d) are presented, with cases (a, b) representing the block control and cases (c, d) representing the progressive control. The control according to the embodiment of the present invention can complexly interconnect the choice of cooling and heating, the gradient, and the elevation of the temperature. On the other hand, since the temperature of the thermocouple 20 depends on the current direction and the amount of current supplied, the driving method of the thermoelectric module 100 is the current direction and the amount of current in the thermocouple 20 of each cell (C11, ..., Cnm) It is like controlling it.

블록 제어(a, b)는 냉각 블록(D) 및 가열 블록(E)이 해당한다. 냉각 및 가열 블록(D, E)는 열전모듈(100)에서 냉각 및 가열을 위한 셀을 선택하고, 전류의 방향을 흡열 또는 발열을 일으키도록 설정한다. 도시된 바와 같이, 냉각 블록(D)은 냉각을 위한 셀(C23, C33, C24, C34, C25, C35)을 선택하고, 동일한 전류량으로 흡열을 위한 전류방향을 설정하면 완성된다. 마찬가지로, 가열 블록(E)은 가열을 위한 셀[C(n-2)3, C(n-1)3, C(n-2)4, C(n-1)4, C(n-2)5, C(n-1)5]을 선택하고, 동일한 전류량으로 발열을 위한 전류방향을 설정한다. 냉각 또는 가열 블록(D, E)을 이루는 셀의 개수는 본 발명이 적용되는 용도에 따라 달리 정할 수 있다. Block control (a, b) corresponds to the cooling block (D) and the heating block (E). The cooling and heating blocks D and E select cells for cooling and heating in the thermoelectric module 100 and set the direction of the current to cause endothermic or exothermic heat. As shown, the cooling block (D) is completed by selecting the cells (C23, C33, C24, C34, C25, C35) for cooling and setting the current direction for the endotherm with the same amount of current. Similarly, the heating block E is a cell for heating [C (n-2) 3, C (n-1) 3, C (n-2) 4, C (n-1) 4, C (n-2) ) 5, C (n-1) 5] and set the current direction for heat generation with the same amount of current. The number of cells forming the cooling or heating blocks (D, E) can be determined differently depending on the application to which the present invention is applied.

또한, 열전모듈(100)에서, 서로 다른 온도를 가지는 냉각 또는 가열 블록(D, E)은 하나보다 많게 설정할 수 있다. 구체적으로, 냉각 블록(D1) 중의 하나의 온도를 T1이라고 하였을 때, 다른 냉각 블록(D)의 온도는 T2과 다른 온도로 설정될 수 있다. 나아가, 냉각 또는 가열 블록(D, E)는 서로 인접하도록 배치할 수 있다. 이렇게 되면, 냉각 또는 가열은 블록 단위(실질적으로는 셀 단위)로 온도기울기를 구현할 수 있다. 예컨대, 냉각 블록(D) 중의 하나의 온도를 T3라고 하였을 때, T3의 냉각 블록(D)과 다른 온도의 T4의 냉각 블록(D)이 접하도록 배치하고, T4의 냉각 블록(D)과 또 다른 온도의 T5의 냉각 블록(D)이 접하도록 배치할 수 있다. 이렇게 되면, 냉각 블록(D)는 T3, T4, T5와 같이 점진적인 온도기울기를 가진다. 즉, 상기 블록 제어 및 점진 제어가 조합된다. In addition, in the thermoelectric module 100, cooling or heating blocks (D, E) having different temperatures may be set to more than one. Specifically, when one temperature of the cooling block (D1) is called T1, the temperature of the other cooling block (D) may be set to a temperature different from the T2. Furthermore, the cooling or heating blocks D and E can be arranged adjacent to each other. In this case, cooling or heating may implement a temperature gradient in block units (substantially cell units). For example, when one temperature of the cooling block D is called T3, the cooling block D of T3 and the cooling block D of T4 at different temperatures are arranged so as to be in contact with each other. It can be arrange | positioned so that the cooling block D of T5 of another temperature may contact. In this case, the cooling block D has a gradual temperature gradient such as T3, T4 and T5. That is, the block control and the progressive control are combined.

점진 제어(c, d)는 복수개의 블록(F1, F2, F3, F4, F5, F6)의 사례 1(F) 및 복수개의 셀(G1, G2, G3)의 사례 2(G)가 해당한다. 사례 1(F)는 블록에 대하여 선형적인 점진 제어를 하고, 사례 2(G)는 셀에 대한 방사상의 점진 제어를 한다. 사례 1(F)는 블록(F1)은 온도 T7, 블록(F2)는 온도 T8, 블록(F3)는 온도 T9, 블록(F4)는 온도 T10, 블록(F5)는 온도 T11 및 블록(F6)는 온도 T12를 나타낸다. 상기 온도는 T7>T8>T9>T10>T11>T12와 같이 점진적으로 감소하거나, T7<T8<T9<T10<T11<T12와 같이 선형으로 점진적으로 증가한다. 이때, 각각의 블록(F1, F2, F3, F4, F5, F6)의 온도(T7, T8, T9, T10, T11, T12)는 전류방향 및 전류량으로 조절하고, 해당 온도의 유지시간을 각기 달리할 수 있다.Incremental control (c, d) corresponds to case 1 (F) of the plurality of blocks (F1, F2, F3, F4, F5, F6) and case 2 (G) of the plurality of cells (G1, G2, G3). . Case 1 (F) gives linear incremental control over the block, and Case 2 (G) gives radial incremental control for the cell. Case 1 (F) shows block F1 as temperature T7, block F2 as temperature T8, block F3 as temperature T9, block F4 as temperature T10, block F5 as temperature T11 and block F6 Represents the temperature T12. The temperature gradually decreases as T7> T8> T9> T10> T11> T12 or gradually increases linearly as T7 <T8 <T9 <T10 <T11 <T12. At this time, the temperature (T7, T8, T9, T10, T11, T12) of each block (F1, F2, F3, F4, F5, F6) is adjusted by the current direction and the amount of current, and the holding time of the corresponding temperature is different. can do.

사례 2(G)는 셀(G1)을 중심으로 하고 셀(G2) 및 셀(G3)이 방사상으로 연장된다. 셀(G1)의 온도는 T13, 셀(G2)의 온도는 T14 및 셀(G3)의 온도는 T15를 나타낸다. 이때, 각각의 셀(G1, G2, G3)의 온도를 전류방향 및 전류량으로 조절하고, 해당 온도의 유지시간을 달리할 수 있다. Case 2 (G) is centered on cell G1 and cells G2 and G3 extend radially. The temperature of the cell G1 is T13, the temperature of the cell G2 is T14, and the temperature of the cell G3 is T15. At this time, the temperature of each cell (G1, G2, G3) can be adjusted in the current direction and the amount of current, and the holding time of the corresponding temperature can be varied.

본 발명의 실시예에 의한 블록과 종래의 국내공개특허 제2017-5222호, 일본등록특허 제6,193,709호 등에서 제시하는 블록은 서로 다른 개념이다. 즉, 본 발명의 블록은 열전모듈(100)의 셀(C11, …, Cnm) 중에서 임의로 자유롭게 변경할 수 있으나, 종래의 블록은 사전에 설정되어 있어서 임의로 변경할 수 없다. 즉, 본 발명의 블록은 열전모듈(100)이 사용되는 상황 및 용도에 따라, 그 크기(셀의 개수)가 임의로 선택되지만, 종래의 블록은 사전에 블록의 형태가 정해져 있으므로 본 발명의 블록을 구현할 수 없다. 블록의 설정을 임의로 변경하는 과정은 앞에서 상세하게 설명한 바와 같다. 이에 따라, 본 발명의 블록은 종래의 기술로부터 용이하게 유추할 수 없다. The block according to the embodiment of the present invention and the block disclosed in the conventional Korean Patent Publication No. 2017-5222, Japanese Patent No. 6,193,709 and the like are different concepts. That is, the block of the present invention can be arbitrarily changed freely among the cells C11, ..., Cnm of the thermoelectric module 100, but the conventional block is set in advance and cannot be arbitrarily changed. That is, the block of the present invention, the size (number of cells) is arbitrarily selected according to the situation and use of the thermoelectric module 100 is used, the conventional block is a block of the present invention because the form of the block is determined in advance It cannot be implemented. The process of arbitrarily changing the setting of the block is as described in detail above. Accordingly, the block of the present invention cannot be easily inferred from the prior art.

본 발명의 실시예에 의한 열전모듈은 셀 단위로 개별 제어를 함으로써, 블록 제어, 점진 제어 및 시간 제어를 다양하게 시행할 수 있다. 셀 단위 개별 제어는 미세한 온도제어가 가능하므로, 열에 의한 촉감을 실질적으로 구현하는 증강현실, 뜨거운 석쇠현상(TGI)과 같은 의학용 등으로 열전모듈의 용도에 적합하게 적용할 수 있다. 또한, 셀 단위 개별 제어는 향후 예상되는 지능형 로봇, 각종 센서에 유용하게 활용될 수 있다. 왜냐하면, 셀 단위 개별 제어는 냉각 및 가열, 온도기울기(gradient), 온도의 고저 등을 자유롭게 하여, 온도에 관한 모든 제어를 미세하게 조절할 수 있기 때문이다.The thermoelectric module according to an embodiment of the present invention can perform block control, progressive control, and time control in various ways by individually controlling the cells. Since individual cell control is possible for fine temperature control, it can be suitably applied to the use of thermoelectric modules for medical purposes such as augmented reality, hot grill phenomenon (TGI), which substantially realizes the touch caused by heat. In addition, the individual cell-by-cell control can be usefully used for the future intelligent robots and various sensors. This is because individual cell-by-cell control can freely control cooling and heating, gradients of temperature, elevation of temperature, and the like, and finely control all the controls regarding temperature.

이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다. As mentioned above, although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. It is possible.

100; 열전모듈 10; 전극
20; 열전쌍100; Thermoelectric module 10; electrode
20; Thermocouple

Claims (11)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete n개(n은 자연수)의 X축 리드선(X1, …Xn) 및 m개(m은 자연수)의 Y축 리드선(Y1, …, Ym)을 포함하는 매트릭스(matrix) 형태를 이루고, 상기 X축 리드선(X1, …Xn)과 상기 Y축 리드선(Y1, …, Ym)의 교차점 각각에는 열전쌍(thermo couple)이 위치하며, 상기 열전쌍은 상기 X축 리드선(X1, …Xn)과 상기 Y축 리드선(Y1, …, Ym)과 전기적으로 접속되어 각 셀의 온도가 셀 단위로 개별적으로 제어되며, 각각의 상기 셀에는 하나의 X축 리드선 및 하나의 Y축 리드선에 접속되고,
상기 제어는 블록 제어, 점진 제어 및 그들이 조합된 것 중에서 선택된 어느 하나가 시행되고,
상기 블록 제어는 복수개의 셀로 이루어진 블록을 동일한 전류량으로 냉각하거나 또는 동일한 전류량으로 가열하며, 상기 점진 제어는 복수개의 셀로 이루어진 블록에서의 각각의 셀의 온도가 선형적으로 점진적으로 증가시키거나 감소시키는 것을 특징으로 하는 셀 단위 매트릭스 타입의 열전모듈의 구동방법.a matrix form including n (n is a natural number) X-axis lead wires (X1, ... Xn) and m (m is a natural number) Y-axis lead wires (Y1, ..., Ym) Thermocouples are located at intersections of the lead wires X1, ... Xn and the Y-axis lead wires Y1, ..., Ym, and the thermocouples are the X-axis lead wires X1, ... Xn and the Y-axis lead wires. Electrically connected to (Y1, ..., Ym) so that the temperature of each cell is individually controlled on a cell-by-cell basis, and each said cell is connected to one X-axis lead wire and one Y-axis lead wire,
The control is implemented by any one selected from block control, progressive control, and combinations thereof,
The block control cools or blocks a block of a plurality of cells with the same amount of current, and the gradual control is such that the temperature of each cell in the block of the plurality of cells increases or decreases linearly and gradually. A method for driving a thermoelectric module of a cell unit matrix type, characterized in that. 제6항에 있어서, 상기 제어는 전류방향 및 전류량을 조절하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 셀 단위 매트릭스 타입의 열전모듈의 구동방법.7. The method of claim 6, wherein the control is performed by adjusting a current direction and an amount of current. 제6항에 있어서, 상기 제어는 냉각 및 발열, 온도기울기 및 온도의 고저 중의 적어도 하나를 상기 셀 단위로 조절하는 것을 특징으로 하는 셀 단위 매트릭스 타입의 열전모듈의 구동방법.7. The method of claim 6, wherein the control adjusts at least one of cooling and heating, a temperature gradient, and a height of the temperature in the unit of cells. 제6항에 있어서, 상기 블록 제어를 위한 블록은 상기 열전모듈이 사용되는 상황 및 용도에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 셀 단위 매트릭스 타입의 열전모듈의 구동방법.The method of claim 6, wherein the block for controlling the block is set according to a situation and a purpose of using the thermoelectric module. 제6항에 있어서, 상기 블록 제어는 서로 다른 온도를 가지는 블록을 하나보다 많게 설정하는 것을 특징으로 하는 셀 단위 매트릭스 타입의 열전모듈의 구동방법.The method of claim 6, wherein the block control sets more than one block having different temperatures. 제6항에 있어서, 상기 점진 제어는 선형적인 점진 제어 또는 방사상의 점진 제어를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 단위 매트릭스 타입의 열전모듈의 구동방법.7. The method of claim 6, wherein the gradual control includes linear gradual control or radial gradual control.
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