KR102372438B1 - Thermoelectric element substrate and thermoelectric element - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열전소자기판 및 이를 이용한 열전소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전레그와의 접합면 이외의 금속 표면을 양극산화함으로써, 전극과 절연기판을 일체화하고, 열전도율을 높여 열전효율을 향상시킬 수 있는 열전소자기판 및 이를 이용한 열전소자에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, P 및 N 형의 열전반도체가 전기적으로 접합되는 열전소자기판에 있어서, 금속 또는 합금으로 이루어지며, 일부 영역을 제외한 표면이 양극산화되어 산화피막이 형성되고, 상기 산화피막이 형성되지 않은 미산화부분에 P 및 N 형의 열전반도체가 전기적으로 접합되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a thermoelectric substrate and a thermoelectric element using the same, and more particularly, by anodizing the metal surface other than the bonding surface with the thermoelectric leg, the electrode and the insulating substrate are integrated, and the thermal conductivity is increased to improve the thermoelectric efficiency. It relates to a thermoelectric substrate capable of being used and a thermoelectric element using the same.
In order to achieve the above object, the present invention, in a thermoelectric substrate to which P and N type thermoelectric semiconductors are electrically joined, is made of a metal or an alloy, and the surface except for some areas is anodized to form an oxide film, , characterized in that the P and N type thermoelectric semiconductors are electrically joined to the unoxidized portion where the oxide film is not formed.

Description

일체형 열전소자기판 및 이를 이용한 열전소자{Thermoelectric element substrate and thermoelectric element}Integrated thermoelectric substrate and thermoelectric element using same

본 발명은 열전소자기판 및 이를 이용한 열전소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 절연기판과 전극이 일체화된 열전소자기판 및 이를 이용한 열전소자에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric substrate and a thermoelectric element using the same, and more particularly, to a thermoelectric substrate in which an insulating substrate and an electrode are integrated, and a thermoelectric element using the same.

열전소자는 P 형 열전반도체와 N 형 열전반도체를 금속 전극들 사이에 접합시켜 P/N 접합 쌍인 열전레그를 형성하는 구조를 가진다. The thermoelectric element has a structure in which a P/N junction pair of thermoelectric legs is formed by bonding a P-type thermoelectric semiconductor and an N-type thermoelectric semiconductor between metal electrodes.

열전레그의 양 끝단에 온도 차이를 부여하면 제베크(seeback) 효과에 의해 전력이 발생되는데, 이를 통해 열전소자는 발전 장치로서의 기능을 할 수 있게 된다. 또한, 열전레그에 전류를 인가하면 어느 한 쪽은 냉각되고 다른 한 쪽은 발열되는 펠티에(peltier) 효과가 발생되고, 이로 인해 열전소자는 온도 제어 장치로서 이용될 수 있다.When a temperature difference is applied to both ends of the thermoelectric leg, electric power is generated by the seeback effect, through which the thermoelectric element can function as a power generating device. In addition, when a current is applied to the thermoelectric leg, a Peltier effect is generated in which one side is cooled and the other side is heated, so that the thermoelectric element can be used as a temperature control device.

구체적으로, 열전소자는 절연기판 사이에 단수 또는 복수 개의 열전레그가 배열되고, 열전레그의 양단은 전극과 접합되도록 형성된다. Specifically, in the thermoelectric element, a single or a plurality of thermoelectric legs are arranged between the insulating substrates, and both ends of the thermoelectric legs are formed to be bonded to the electrode.

일반적으로, 열전소자에 사용되는 절연기판은 알루미나(Al2O3) 등과 같이 전기적 절연과 동시에 우수한 열전도도를 가지는 세라믹(ceramics) 재질을 주로 사용한다.In general, an insulating substrate used for a thermoelectric device is mainly made of a ceramic material, such as alumina (Al 2 O 3 ), which is electrically insulating and has excellent thermal conductivity.

그러나 알루미나로 이루어진 절연기판을 사용할 경우, 열전발전모듈 조립 시 알루미나의 취성에 의해 그 일부 또는 전부가 파괴될 가능성이 높다는 등 물리적 취약성의 문제점이 있었다.However, when an insulating substrate made of alumina is used, there is a problem of physical vulnerability, such as a high possibility that a part or all of the alumina is destroyed due to the brittleness of the alumina when assembling the thermoelectric power module.

또한, 알루미나는 금속에 비해 열전달 효율이 낮아 열손실을 증가시키며, 재료비가 금속에 비해 월등히 높아 제조단가를 높이는 문제점이 있었다.In addition, alumina has a problem in that the heat transfer efficiency is lower than that of metal, which increases heat loss, and the material cost is significantly higher than that of metal, thereby increasing the manufacturing cost.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 대한민국공개특허공보 제10-2018-0089926호 '알루미늄 산화피막이 형성된 알루미늄 금속판 또는 합금판을 이용한 열전모듈'이 개시되어 있다.In order to solve this problem, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2018-0089926 'thermoelectric module using an aluminum metal plate or an alloy plate with an aluminum oxide film' is disclosed.

개시된 기술의 경우, 알루미늄(Al) 금속을 산화피막하여 절연기판으로 이용하고 있으나, 알루미늄은 니켈(Ni) 또는 코발트(Co) 등의 타금속에 비해 내열성 및 강도가 낮고, 50℃ 이상의 고온에서는 열전 특성이 떨어져 저온부로만 응용이 가능하다는 문제점이 있다.In the disclosed technology, aluminum (Al) metal is oxidized and used as an insulating substrate. However, aluminum has lower heat resistance and strength compared to other metals such as nickel (Ni) or cobalt (Co), and thermoelectricity at a high temperature of 50°C or higher There is a problem in that it can be applied only to low-temperature parts due to poor characteristics.

따라서, 열전소자기판의 열손실을 최소화하면서도, 제조단가를 낮추고, 고온부에 약한 알루미늄 기판을 보완할 수 있는 관련 기술 개발이 시급한 실정이다. Accordingly, there is an urgent need to develop a related technology capable of minimizing the heat loss of the thermoelectric substrate, lowering the manufacturing cost, and supplementing the weak aluminum substrate in the high temperature region.

대한민국공개특허공보 제10-2018-0089926호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2018-0089926 대한민국공개특허공보 제10-2014-0002158호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2014-0002158 대한민국등록특허공보 제10-1778041호Republic of Korea Patent Publication No. 10-1778041

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, The present invention has been devised to solve the above problems,

양극산화된 금속을 열전소자기판으로 이용하여, 열전소자기판의 기계적 특성을 높이는 동시에 열손실을 줄이는데 목적이 있다.The purpose of this is to increase the mechanical properties of the thermoelectric substrate by using the anodized metal as a thermoelectric substrate and to reduce heat loss at the same time.

또한, 홈이 파인 구조를 통해 전극과 열전레그가 접합되는 부분의 열 집중도를 높이는데 다른 목적이 있다.Another object is to increase the concentration of heat at a portion where the electrode and the thermoelectric leg are joined through the grooved structure.

또한, 열전소자기판의 이용 온도 범위에 따라 적절한 금속의 선택적 적용이 가능한 열전소자를 제공하는데 또 다른 목적이 있다. Another object of the present invention is to provide a thermoelectric device capable of selectively applying an appropriate metal according to the temperature range of the thermoelectric substrate.

전술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, P 및 N 형의 열전반도체가 전기적으로 접합되는 열전소자기판에 있어서, 금속 또는 합금으로 이루어지며, 일부 영역을 제외한 표면이 양극산화되어 산화피막이 형성되고, 상기 산화피막이 형성되지 않은 미산화부분에 P 및 N 형의열전반도체가 전기적으로 접합되는 것을 특징으로 하는 전극 일체형 열전소자기판.을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a thermoelectric substrate to which P and N type thermoelectric semiconductors are electrically joined, made of a metal or an alloy, and the surface except for some areas is anodized to form an oxide film, It provides an electrode-integrated thermoelectric substrate, characterized in that the P and N-type thermoelectric semiconductors are electrically joined to the unoxidized portion where the oxide film is not formed.

또한, 본 발명에 있어서 상기 열전반도체가 끼워지도록 홈이 형성되고, 상기 미산화부분은 상기 홈의 바닥면에 형성되는 것이 바람직하다.In addition, in the present invention, it is preferable that a groove is formed so that the thermoelectric semiconductor is inserted, and the unoxidized portion is formed on a bottom surface of the groove.

또한, 본 발명은, P 및 N 형 열전반도체가 서로 마주보도록 형성되는 열전레그; 및 상기 열전레그의 하부 및 상부에 배치되는 제1 기판 및 제2 기판;을 포함하되, 상기 제1 기판과 제2 기판 중의 적어도 하나는, 상기 제1 항에 따른 열전소자기판으로 형성되는 열전소자를 제공한다.In addition, the present invention provides a thermoelectric leg in which P and N-type thermoelectric semiconductors are formed to face each other; and first and second substrates disposed below and above the thermoelectric leg, wherein at least one of the first and second substrates is formed of the thermoelectric substrate according to claim 1 . provides

또한, 본 발명에 있어서 상기 제1 기판과 제2 기판이 상기 제1 항에 따른 열전소자기판으로 형성되되, 상기 제1 기판은 알루미늄 금속 또는 합금으로 이루어지며, 상기 제2 기판은 니켈 또는 코발트 금속 또는 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, in the present invention, the first and second substrates are formed of the thermoelectric substrate according to claim 1 , wherein the first substrate is made of aluminum metal or an alloy, and the second substrate is nickel or cobalt metal Or it is preferably made of an alloy.

본 발명에 따른 열전소자기판 및 이를 이용한 열전소자에 의하면,According to the thermoelectric substrate and the thermoelectric element using the same according to the present invention,

금속 양극산화에 의해 절연기판과 전극의 구조를 형성함으로써, 열전소자기판의 물리적 안정성과 열전달력을 향상시키는 이점이 있다.By forming the structure of the insulating substrate and the electrode by metal anodization, there is an advantage of improving the physical stability and heat transfer ability of the thermoelectric substrate.

또한, 열전소자기판에 홈을 형성하여 열전레그가 접합되는 부분을 감쌈으로써, 열 집중도를 높여 열전효율을 향상시킬 수 있다. In addition, by forming a groove in the thermoelectric substrate to wrap a portion to which the thermoelectric legs are joined, it is possible to increase the heat concentration and improve the thermoelectric efficiency.

또한, 금속의 내열성, 강도 또는 열전특성을 고려하여 열전소자 이용 환경에 따른 선택 적용이 가능하므로, 열전효율을 더욱 향상시킬 수 있다.In addition, since it is possible to selectively apply the thermoelectric element according to the environment in which the thermoelectric element is used in consideration of the heat resistance, strength, or thermoelectric characteristics of the metal, the thermoelectric efficiency can be further improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자기판의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전소자기판의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전소자의 정면도이다.1 is a perspective view of a thermoelectric substrate according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view of a thermoelectric substrate according to another embodiment of the present invention.
3 is a front view of a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention.
4 is a front view of a thermoelectric element according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in describing the present invention, descriptions of already known functions or configurations will be omitted in order to clarify the gist of the present invention.

아울러, 본 발명을 설명하는데 있어서, 방향을 지시하는 용어들은 당업자가 본 발명을 명확하게 이해할 수 있도록 기재된 것들로서, 상대적인 방향을 지시하는 것이므로, 이로 인해 권리범위가 제한되지는 않는다고 할 것이다.In addition, in describing the present invention, the terms indicating the direction are those described so that those skilled in the art can clearly understand the present invention, and since they indicate the relative direction, it will be said that the scope of rights is not limited thereby.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자기판의 사시도이다.1 is a perspective view of a thermoelectric substrate according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 열전소자기판(10)의 일 실시예를 살펴본다.Referring to FIG. 1 , an embodiment of the thermoelectric substrate 10 according to the present invention will be described.

본 발명에 따른 열전소자기판(10)은, 금속 또는 합금으로 이루어지며, 일부 영역을 제외한 표면이 양극산화되어 산화피막(A)이 형성되고, 산화피막(A)이 형성되지 않은 미산화부분(B)에 P 및 N 형의 열전반도체가 전기적으로 접합된다.The thermoelectric substrate 10 according to the present invention is made of a metal or an alloy, and the surface except for some regions is anodized to form an oxide film (A), and an unoxidized portion ( In B), P and N-type thermoelectric semiconductors are electrically connected.

일반적으로, 열전소자의 기판은 절연기판과 전극으로 구성되어, 전극의 일측이 열전레그와 접합되고 전극의 타측은 절연기판과 연결되도록 형성된다. In general, the substrate of the thermoelectric element is composed of an insulating substrate and an electrode, so that one side of the electrode is joined to the thermoelectric leg and the other side of the electrode is connected to the insulating substrate.

이러한 구성으로, 열전반도체는 전극과 연결되어 전류가 흐르게 되고, 열전소자의 외측은 절연기판이 배치되어 외부로는 전류가 흐르지 않도록 한다.With this configuration, the thermoelectric semiconductor is connected to the electrode to allow current to flow, and an insulating substrate is disposed outside the thermoelectric element to prevent current from flowing to the outside.

이와 반면에, 본 발명에 따른 열전소자기판(10)은 금속 또는 합금 재질의 판을 부분적으로 양극산화시킴으로써, 절연기판과 전극의 역할을 동시에 수행하도록 할 수 있다.On the other hand, in the thermoelectric substrate 10 according to the present invention, by partially anodizing a plate made of a metal or alloy material, it is possible to simultaneously perform the roles of an insulating substrate and an electrode.

여기서, 열전소자기판(10)은 Cu, Ni, Al, Co, Fe, Ag, Pt, Au, Cr, Ru, Re, Pb, Cr, Sn, In, Zn, W을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속 또는 이들 금속을 포함하는 합금으로 형성될 수 있다.Here, the thermoelectric substrate 10 is at least selected from the group comprising Cu, Ni, Al, Co, Fe, Ag, Pt, Au, Cr, Ru, Re, Pb, Cr, Sn, In, Zn, W It may be formed of one type of metal or an alloy containing these metals.

그리고 양극산화는 아노다이징(Anodizing)이라고도 불리며, 산화시키고자 하는 대상을 양극으로 하여 전류를 흘려줌으로써, 대상에 산화피막을 형성시키는 전기 화학 공정을 의미한다.Anodizing is also called anodizing, and refers to an electrochemical process of forming an oxide film on an object to be oxidized by flowing an electric current with an anode.

이러한 양극산화는, 주로 장식용 피막처리, 건축용 아노다이징, 경질양극산화(Hard Anodizing), 내식목적 피막처리, 콘덴서용 등의 용도로 활용된다.Such anodization is mainly used for decorative coating treatment, architectural anodizing, hard anodizing, corrosion-resistant coating treatment, capacitors, and the like.

이러한 과정을 거쳐 형성되는 산화피막(A)은, 치밀한 산화물 구조로 형성됨에 따라 내식성이 우수하여 금속이 부식되는 것을 저지하고, 내구성이 향상되어 흠집으로부터 대상을 보호할 수 있다.The oxide film (A) formed through this process has excellent corrosion resistance as it is formed in a dense oxide structure to prevent corrosion of metals, and has improved durability to protect objects from scratches.

또한, 금속 또는 합금은 전기적으로 도체에 속하는 반면에 금속 또는 합금의 표면을 양극산화시킨 산화피막(A)은 부도체의 성격을 띄므로, 절연체로서의 활용도 가능하다.In addition, while the metal or alloy electrically belongs to the conductor, the oxide film (A) obtained by anodic oxidation of the surface of the metal or alloy has the property of an insulator, so it can be used as an insulator.

구체적으로, 열전레그(100)와 접합되는 미산화부분(B)은 종래 열전소자의 전극 역할을 수행한다. 즉, P 또는 N 형 열전반도체에서 흘러오는 전류는 미산화부분(B)을 통해 열전소자기판(10)으로, 이후 다른 미산화부분(B)을 통해 N 또는 P 형 열전반도체로 흐르게 된다. Specifically, the unoxidized portion B bonded to the thermoelectric leg 100 serves as an electrode of a conventional thermoelectric element. That is, the current flowing from the P or N-type thermoelectric semiconductor flows to the thermoelectric substrate 10 through the unoxidized portion (B), and then to the N or P-type thermoelectric semiconductor through the other unoxidized portion (B).

따라서, 열전소자기판(10)은 별도의 전극을 부착하지 않고도, 금속 또는 합금의 전기전도 특성에 의해, 종래 열전소자의 전극과 동일한 기능을 수행할 수 있게 된다. Accordingly, the thermoelectric substrate 10 can perform the same function as an electrode of a conventional thermoelectric element due to the electrical conductivity of a metal or alloy without attaching a separate electrode.

그러나, 열전소자기판(10)에서 절연되어야 하는 부분은 양극산화를 통한 산화피막(A)을 형성시킴으로써, 전류가 흐르지 않도록 하여 종래 절연기판의 기능을 수행하도록 할 수 있다.However, the portion to be insulated in the thermoelectric substrate 10 is formed of an oxide film A through anodization, thereby preventing current from flowing and thus performing the function of a conventional insulating substrate.

한편, 미산화부분(B)의 크기와 형태는 이에 접합되는 열전레그(100)의 크기와 형태에 따라 변동될 수 있다.Meanwhile, the size and shape of the unoxidized portion B may vary depending on the size and shape of the thermoelectric leg 100 to be joined thereto.

따라서, 열전소자기판(10)이 내구성이 뛰어난 금속 또는 합금 재질로 형성되어, 열전소자기판(10)의 물리적 안정성이 향상될 수 있다. Accordingly, since the thermoelectric substrate 10 is made of a metal or alloy material having excellent durability, the physical stability of the thermoelectric substrate 10 may be improved.

또한, 금속 또는 합금은 종래의 세라믹 등에 비해 열전달력이 뛰어나므로, 열전소자기판(10)에서의 열손실을 줄여주어 열전효율(thermoelectric efficiency)을 높일 수 있다.In addition, since the metal or alloy has superior heat transfer ability compared to conventional ceramics, it is possible to reduce heat loss in the thermoelectric substrate 10 to increase thermoelectric efficiency.

또한, 금속 또는 합금은 종래 세라믹 등에 비해 저렴하며, 전극과 별도의 절연기판을 사용하여야 하는 기판 구조를 단순함에 따라 재료의 단가를 낮출 수 있다.In addition, metals or alloys are cheaper than conventional ceramics, and the cost of materials can be reduced by simplifying the substrate structure in which an insulating substrate separate from the electrode is used.

또한, 절연기판과 전극을 부착시키는 별도의 공정이 불필요하므로, 열전소자기판(10)의 제조 공정을 단순화할 수 있다.In addition, since a separate process for attaching the insulating substrate and the electrode is unnecessary, the manufacturing process of the thermoelectric substrate 10 can be simplified.

열전소자기판(10)은 평면 구조로 형성되어, 표면의 일부 영역을 제외하고 부분적으로 양극산화되도록 할 수 있다. 뿐만 아니라, 열전소자기판(10)은 굴곡 또는 각진 형태로 형성되되, 미산화부분(B)이 돌출되거나 움푹 파이도록 할 수 있다.The thermoelectric substrate 10 may have a planar structure and may be partially anodized except for a portion of the surface thereof. In addition, the thermoelectric substrate 10 may be formed in a curved or angular shape, such that the unoxidized portion B is protruded or dented.

열전소자기판(10)의 형태는 그 제조 방법에 따라 달라질 수 있으며, 그에 대한 예시를 살펴보기로 한다.The shape of the thermoelectric substrate 10 may vary depending on a manufacturing method thereof, and an example thereof will be described.

먼저, 열전소자기판(10)을 양극산화하기 전에, 금속과 열전레그(100)가 접합될 부분에만 마스킹 액 또는 테이프 등을 발라주어 원하는 부분에만 산화피막(A)이 형성되도록 할 수 있다. 이러한 방법을 따를 경우, 열전소자기판(10)은 도 1과 같은 형태로 형성될 수 있다.First, before anodizing the thermoelectric substrate 10 , a masking liquid or tape may be applied only to the portion where the metal and the thermoelectric leg 100 are to be joined, so that the oxide film A is formed only on the desired portion. When this method is followed, the thermoelectric substrate 10 may be formed in the shape shown in FIG. 1 .

다른 예시로는, 금속 또는 합금 판의 표면 전체를 양극산화시켜 산화피막(A)을 형성시킨 후, 열전레그(100)와 접합될 부분을 에칭(식각)해주어 산화피막(A)을 벗겨냄으로써 미산화부분(B)이 형성되도록 할 수 있다. 이 경우, 열전소자기판(10)은 도 2와 같은 형태로 형성될 수 있다.As another example, after the entire surface of the metal or alloy plate is anodized to form an oxide film (A), the portion to be joined with the thermoelectric leg 100 is etched (etched) to remove the oxide film (A). The oxidation portion (B) may be formed. In this case, the thermoelectric substrate 10 may be formed as shown in FIG. 2 .

바람직하게는, 열전소자기판(10)은 열전반도체가 끼워지도록 홈이 형성되고, 상기 미산화부분은 홈의 바닥면에 형성되도록 할 수 있다.Preferably, the thermoelectric substrate 10 may have a groove formed so that the thermoelectric semiconductor is inserted, and the unoxidized portion may be formed on the bottom surface of the groove.

이러한 구성으로, 열전소자기판(10)과 열전레그(100)가 접합되는 부분이 열전소자기판(10)으로 감싸지게 형성됨에 따라, 열전반도체 양단과 전극이 접합되는 부분에서의 열 집중도를 높일 수 있다. With this configuration, as the portion where the thermoelectric substrate 10 and the thermoelectric leg 100 are joined is formed to be wrapped with the thermoelectric substrate 10, the heat concentration at both ends of the thermoelectric semiconductor and the electrode can be increased. there is.

이에 따라, 열전반도체 양단의 온도차를 최대화 시켜주어 열전효율을 향상시킨다. Accordingly, the thermoelectric efficiency is improved by maximizing the temperature difference between both ends of the thermoelectric semiconductor.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자의 정면도이다.3 is a front view of a thermoelectric element according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 열전소자(20)는 열전레그(100), 제1 기판(200) 및 제2 기판(300)을 포함한다.The thermoelectric element 20 according to the present invention includes a thermoelectric leg 100 , a first substrate 200 , and a second substrate 300 .

도 3을 참조하여, 열전레그(100)는 P 및 N 형 열전반도체(120, 140)가 서로 마주보도록 형성된다.Referring to FIG. 3 , the thermoelectric leg 100 is formed such that the P and N-type thermoelectric semiconductors 120 and 140 face each other.

제1 기판(200) 및 제2 기판(300)은 각각 열전레그(100)의 하부 및 상부에 배치된다. The first substrate 200 and the second substrate 300 are respectively disposed below and above the thermoelectric leg 100 .

열전레그(100)와 열전레그(100) 양단의 기판들(200, 300)이 서로 접합되는 구조에 대하여는 전술한 바와 같으므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.Since the structure in which the thermoelectric leg 100 and the substrates 200 and 300 at both ends of the thermoelectric leg 100 are bonded to each other is the same as described above, a detailed description thereof will be omitted.

이때, 제1 기판(200)과 제2 기판(300) 중의 적어도 하나는, 전술한 열전소자기판(10)으로 형성된다.At this time, at least one of the first substrate 200 and the second substrate 300 is formed of the above-described thermoelectric substrate 10 .

즉, 제1 기판(200)과 제2 기판(300) 중 어느 하나가 본 발명에 따른 열전소자기판(10)으로 형성되거나, 제1 기판(200)과 제2 기판(300) 모두가 열전소자기판(10)으로 형성될 수 있다.That is, either one of the first substrate 200 and the second substrate 300 is formed of the thermoelectric substrate 10 according to the present invention, or both the first substrate 200 and the second substrate 300 are thermoelectric elements. It may be formed of the substrate 10 .

제1 기판(200) 및 제2 기판(300) 중 어느 하나가 열전소자기판(10)으로 형성될 경우에는, 열전소자기판(10)으로 형성되지 않는 기판을 절연기판(320) 및 전극(340)으로 배치할 수 있다.When any one of the first substrate 200 and the second substrate 300 is formed of the thermoelectric substrate 10 , the insulating substrate 320 and the electrodes 340 are not formed of the thermoelectric substrate 10 . ) can be placed.

이러한 구성을 통해, 열전소자(20)가 이용되는 상황에 따라 적절한 내열성, 강도 또는 열전특성을 가지는 금속을 선택 이용할 수 있어, 열전효율을 더욱 향상시킬 수 있다.Through this configuration, it is possible to select and use a metal having appropriate heat resistance, strength, or thermoelectric characteristics according to a situation in which the thermoelectric element 20 is used, thereby further improving thermoelectric efficiency.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전소자의 정면도이다.4 is a front view of a thermoelectric element according to another embodiment of the present invention.

도 4를 참조하여, 제1 기판(200) 및 제2 기판(300) 모두가 열전소자기판(10)으로 형성될 경우, 각각의 기판은 동일 또는 이종의 금속 재질로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 4 , when both the first substrate 200 and the second substrate 300 are formed of the thermoelectric substrate 10 , each of the substrates may be made of the same or different metal materials.

이 경우, 제1 기판(200)과 제2 기판(300)은 본 발명에 따른 열전소자기판(10)으로 형성되되, 제1 기판(200)은 알루미늄 금속 또는 합금으로 이루어지고, 제2 기판(300)은 니켈 또는 코발트 금속 또는 합금로 이루어지는 것이 바람직하다.In this case, the first substrate 200 and the second substrate 300 are formed of the thermoelectric substrate 10 according to the present invention, the first substrate 200 is made of aluminum metal or an alloy, and the second substrate ( 300) is preferably made of nickel or cobalt metal or alloy.

구체적으로, 제1 기판(200)에서 흡열되고, 제2 기판(300)에서 방열된다고 할 때, 알루미늄의 경우에는 온도가 20 내지 50 ℃ 범위에서 열전특성이 우수하므로, 저온부 기판인 제1 기판(200)으로 이용되는 것이 바람직하다. Specifically, when it is said that heat is absorbed by the first substrate 200 and heat is radiated from the second substrate 300, in the case of aluminum, the thermoelectric properties are excellent in the temperature range of 20 to 50 ° C. 200) is preferably used.

그러나, 알루미늄은 50 ℃ 이상의 고온에서는 열전특성이 떨어지게 되므로 열전효율에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서, 고온에서 높은 열전특성을 보이는 니켈 또는 코발트를 고온부 기판인 제2 기판(300)의 재질로 이용할 수 있다.However, since aluminum deteriorates thermoelectric properties at a high temperature of 50° C. or higher, it may adversely affect thermoelectric efficiency. Accordingly, nickel or cobalt, which exhibits high thermoelectric properties at high temperatures, may be used as a material for the second substrate 300 serving as a high-temperature substrate.

이러한 구성으로, 각 기판이 처해지는 온도 범위에 적절한 금속을 열전소자기판(10)의 재질로 이용하여, 열전소자(20)의 열전효율의 최대화할 수 있다. 그러나, 이 한정되지 아니하고 다양한 금속을 응용하여 적용할 수 있다.With this configuration, the thermoelectric efficiency of the thermoelectric element 20 can be maximized by using a metal suitable for the temperature range to which each substrate is subjected as the material of the thermoelectric substrate 10 . However, the present invention is not limited thereto and may be applied to various metals.

이러한 본 발명의 기본적인 기술적 사상 범주내에서 당업계의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형이 가능함은 물론이며, 따라서 본 발명의 범주는 다양한 변형 예들을 포함하도록 작성된 특허청구범위 내에서 해석되어야 할 것이다.Various modifications are possible by those of ordinary skill in the art within the scope of the basic technical spirit of the present invention, and therefore, the scope of the present invention should be interpreted within the claims prepared to include various modifications. will be.

A : 산화피막
B : 미산화부분
10 : 열전소자기판
20 : 열전소자
100 : 열전레그
120 : P 형 열전반도체
140 : N 형 열전반도체
200 : 제1 기판
300 : 제2 기판
320 : 절연기판
340 : 전극A: Oxide film
B: unoxidized part
10: thermoelectric substrate
20: thermoelectric element
100: thermoelectric leg
120: P-type thermoelectric semiconductor
140: N-type thermoelectric semiconductor
200: first substrate
300: second substrate
320: insulating substrate
340: electrode

Claims (4)

P 및 N 형의 열전반도체가 전기적으로 접합되는 열전소자기판에 있어서,
금속 또는 합금으로 이루어지며, 일부 영역을 제외한 표면이 양극산화되어 산화피막이 형성되고, 상기 산화피막이 형성되지 않은 미산화부분에 P 및 N 형의 열전반도체가 전기적으로 직접 접합되며,
상기 산화피막은 절연체 역할을, 상기 미산화부분은 전극 역할을 하는 것을 특징으로 하는 전극 일체형 열전소자기판.In the thermoelectric substrate to which P and N type thermoelectric semiconductors are electrically joined,
It is made of a metal or alloy, and the surface except for some areas is anodized to form an oxide film, and the P and N type thermoelectric semiconductors are electrically directly bonded to the unoxidized part where the oxide film is not formed,
The electrode-integrated thermoelectric substrate, characterized in that the oxide film serves as an insulator, and the unoxidized portion serves as an electrode. 제1 항에 있어서,
상기 열전반도체가 끼워지도록 홈이 형성되고, 상기 미산화부분은 상기 홈의 바닥면에 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 일체형 열전소자기판.According to claim 1,
An electrode-integrated thermoelectric substrate, characterized in that a groove is formed to insert the thermoelectric semiconductor, and the unoxidized portion is formed on a bottom surface of the groove. P 및 N 형 열전반도체가 서로 마주보도록 형성되는 열전레그; 및
상기 열전레그의 하부 및 상부에 배치되는 제1 기판 및 제2 기판;을 포함하되,
상기 제1 기판과 제2 기판 중의 적어도 하나는, 상기 제1 항에 따른 열전소자기판으로 형성되는 열전소자.a thermoelectric leg in which P and N-type thermoelectric semiconductors are formed to face each other; and
Including; a first substrate and a second substrate disposed on the lower and upper portions of the thermoelectric leg;
At least one of the first substrate and the second substrate is a thermoelectric element formed of the thermoelectric element substrate according to claim 1 . 제3 항에 있어서,
상기 제1 기판과 제2 기판이 상기 제1 항에 따른 열전소자기판으로 형성되되,
상기 제1 기판은 알루미늄 금속 또는 합금으로 이루어지며,
상기 제2 기판은 니켈 또는 코발트 금속 또는 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전소자.4. The method of claim 3,
The first substrate and the second substrate are formed of the thermoelectric substrate according to claim 1,
The first substrate is made of aluminum metal or an alloy,
The second substrate is a thermoelectric element, characterized in that made of a nickel or cobalt metal or an alloy.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101998697B1 (en) 2012-06-28 2019-07-10 엘지이노텍 주식회사 Thermoelectric cooling module and manufacturing method thereof
KR101778041B1 (en) 2016-01-28 2017-09-14 한국에너지기술연구원 Thermoelectric module exposing electrodes of low temperature and fabrication method thereof
KR101964755B1 (en) 2017-02-01 2019-04-03 국방과학연구소 An optimized time-synchronization Method and System for simulator interpretation

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002521842A (en) * 1998-07-31 2002-07-16 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Method and apparatus for improved metal wiring

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