KR102570026B1

KR102570026B1 - 냉온풍기 및 이의 동작 방법

Info

Publication number: KR102570026B1
Application number: KR1020170012095A
Authority: KR
Inventors: 김종현
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2017-01-25
Filing date: 2017-01-25
Publication date: 2023-08-23
Also published as: KR20180087714A

Abstract

실시 예에 따른 냉온풍기는, 복수의 축열 부재; 상기 복수의 축열 부재 중 어느 하나의 축열 부재와 접촉하는 열전 소자; 상기 복수의 축열 부재와 결합되며, 회전축을 기준으로 상기 복수의 축열 부재를 회전시키는 회전부; 상기 복수의 축열 부재의 각각의 온도를 측정하는 온도 센서; 및 상기 온도 센서를 통해 측정된 온도 값과 기설정된 임계 값을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 회전부를 회전시켜 상기 열전 소자와 접촉하는 축열 부재를 변경하는 제어부를 포함한다.

Description

냉온풍기 및 이의 동작 방법{AIR CONDITIONER AND DRIVING METHOD THEREOF}

본 발명은 열전소자를 이용한 냉온풍기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 축열 소재를 이용한 열 흡수가 가능하면서, 상기 축열 소재의 교체가 가능한 열전소자를 이용한 냉온풍기 및 이의 동작 방법에 관한 것이다.

열전현상은 재료 내부의 전자(electron)와 정공(hole)의 이동에 의해 발생하는 현상으로, 열과 전기 사이의 직접적인 에너지 변환을 의미한다.

열전 소자는 열전현상을 이용하는 소자를 총칭하며, P형 열전 재료와 N형 열전 재료를 금속 전극들 사이에 접합시켜 PN 접합 쌍을 형성하는 구조를 가진다.

열전 소자는 전기저항의 온도 변화를 이용하는 소자, 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제벡 효과를 이용하는 소자, 전류에 의한 흡열 또는 발열이 발생하는 현상인 펠티에 효과를 이용하는 소자 등으로 구분될 수 있다.

열전 소자는 가전제품, 전자부품, 통신용 부품 등에 다양하게 적용되고 있다. 예를 들어, 열전 소자는 냉각용 장치, 온열용 장치, 발전용 장치 등에 적용될 수 있다. 이에 따라, 열전 소자의 열전성능에 대한 요구는 점점 더 높아지고 있다.

즉, 일반적으로 시중에 유통되고 있는 에어컨을 포함한 냉각용 장치 또는 온열용 장치는 실내기와 실외기가 개별적인 제품으로 생산되고 있다. 이와 같이, 종래의 냉각용 장치 또는 온열용 장치는 실내기와 실외기가 분리되어 있어 설치가 어렵고 분리 제작을 해야 하므로 원가가 상승되는 문제점이 있었다. 또한, 압축기에서 프레온가스를 압축하여 증발기로 보냄에 따라 압축기 구동시 소음이 발생되는 문제점이 있었으며, 증발기 주변의 열을 회수하여 냉각시키도록 냉매제를 순환시키는 냉각장치는 전력소모가 상대적으로 크기 때문에 비경제적이고, 냉매제 소모로 인하여 지구온난화와 같은 환경 파괴의 원인이 되는 문제점이 있었다.

이에 따라, 최근에는 상기와 같은 열전소자를 이용한 냉각용 장치 및 온열용 장치가 개발되고 있다.

그러나, 종래 기술에 따른 열전 소자를 이용한 냉각용 장치 및 온열용 장치는, 냉풍을 사용할 경우, 흡열부의 열을 인체로 보내면서 발열부의 열은 외부로 방출시키기 때문에 선풍기로는 사용이 가능하나, 에어컨처럼 공간의 온도를 낮출 수 없기 때문에 단순 냉풍기로만 사용이 가능하다.

본 발명에 따른 실시 예에서는, 새로운 구조의 열전 소자를 이용한 냉온풍기를 제공하도록 한다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는, 열전 소자의 발열부의 히트 싱크에 축열 소재를 삽입하고, 상기 축열 소재에 의해 상기 히트 싱크를 통해 전달되는 상기 발열부의 열을 흡수하도록 하여 공간의 온도를 낮출 수 있는 열전 소자를 이용한 냉온풍기를 제공하도록 한다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는, 열전소자 발열부의 히트 싱크에 연결된 축열 소재의 상태에 따라 상기 히트 싱크에 연결된 축열 소재를 자동 교체할 수 있는 열전 소자를 이용한 냉온풍기 및 이의 동작 방법을 제공하도록 한다.

제안되는 실시 예에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 제안되는 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

실시 예에 따른 냉온풍기는, 복수의 축열 부재; 상기 복수의 축열 부재 중 어느 하나의 축열 부재와 접촉하는 열전 소자; 상기 복수의 축열 부재와 결합되며, 회전축을 기준으로 상기 복수의 축열 부재를 회전시키는 회전부; 상기 복수의 축열 부재의 각각의 온도를 측정하는 온도 센서; 및 상기 온도 센서를 통해 측정된 온도 값과 기설정된 임계 값을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 회전부를 회전시켜 상기 열전 소자와 접촉하는 축열 부재를 변경하는 제어부를 포함하고, 상기 열전 소자는, 하부 기판과, 상기 하부 기판 상에 배치되는 상부 기판과, 상기 하부 기판 및 상기 상부 기판 사이에 배치되는 복수 개의 레그와, 상기 복수 개의 레그와 상기 하부 기판을 연결하는 하부 전극과, 상기 복수 개의 레그와 상기 상부 기판을 연결하는 상부 전극과, 상기 하부 기판과 상기 복수의 축열 부재 중 어느 하나의 축열 부재 사이에 배치되는 열 전달 부재를 포함한다.

또한, 상기 상부 기판 위에 배치되는 팬을 더 포함하며, 상기 팬은, 냉풍 모드에서 상기 상부 기판을 통해 발생하는 냉열을 순환시키고, 온풍 모드에서 상기 상부 기판을 통해 발생하는 온열을 순환시킨다.

또한, 상기 축열 부재는, 냉풍 모드에서 선택적으로 상기 열 전달 부재와 접촉하여 온열을 저장하는 복수의 제 1 축열 부재와, 온풍 모드에서 선택적으로 상기 열 전달 부재와 접촉하여 냉열을 저장하는 복수의 제 2 축열 부재를 포함한다.

또한, 상기 복수의 제 1 축열 부재 각각은, 제 1 녹는점을 가지는 제 1 상변화물질을 포함하고, 상기 복수의 제 2 축열 부재 각각은, 상기 제 1 녹는점보다 낮은 제 2 녹는점을 가지는 제 2 상변화물질을 포함한다.

또한, 상기 제 1 상변화물질은, 이코산(Icosane), 트리아콘탄(Triacontane), 테트라콘탄(Tetracontane), 펜타코탄(Pentacontane) 및 헥사코탄(Hexacontane) 중 어느 하나를 포함하고, 상기 제 2 상변화물질은, 메탄(Methane), 에탄(Ethane), 프로페인(Propane), 부탄(Butane), 펜탄(Pentane), 헥산(Hexane), 헵탄(Heptane), 옥탄(Octane), 노난(Nonane), 데탄(Decane), 운데칸(Undecane) 및 도데칸(Dodecane) 중 어느 하나를 포함한다.

또한, 상기 제어부는, 상기 냉풍 모드에서, 상기 열 전달 부재와 접촉하고 있는 제 1 축열 부재의 온도가 기설정된 제 1 임계 값보다 크면, 유휴 제 1 축열 부재가 상기 열 전달 부재와 접촉하도록 상기 회전부를 제어하고, 온풍 모드에서, 상기 열 전달 부재와 접촉하고 있는 제 2 축열 부재의 온도가 기설정된 제 2 임계 값보다 작으면, 유휴 제 2 축열 부재가 상기 열 전달 부재와 접촉하도록 상기 회전부를 제어한다.

또한, 상기 제 1 임계 값은, 상기 제 1 녹는점을 기준으로 설정되고, 상기 제 2 임계 값은, 상기 제 2 녹는점을 기준으로 설정된다.

또한, 상기 유휴 제 1 축열 부재는, 상기 복수의 제 1 축열 부재 중 상기 온도 센서를 통해 가장 낮은 온도가 측정된 제 1 축열 부재이며, 상기 유휴 제 2 축열 부재는, 상기 복수의 제 2 축열 부재 중 상기 온도 센서를 통해 가장 높은 온도가 측정된 제 2 축열 부재이다.

한편, 열전소자를 이용한 냉온풍기의 동작 방법은, 상기 냉온풍기의 모드 선택 신호가 수신되는 단계; 상기 수신된 모드 선택 신호를 기준으로 상기 열전소자에 전류를 공급하는 단계; 상기 수신된 모드 선택 신호를 기준으로 복수의 축열 부재 중 어느 하나의 특정 축열 부재를 상기 열전소자와 접촉시키는 단계; 상기 접촉된 특정 축열 부재의 온도를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 온도와 기설정된 임계 값을 비교하여, 상기 열전소자와 접촉하는 축열 부재를 다른 축열부재로 변경하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 모드 선택 신호는, 냉풍 모드 선택 신호 및 온풍 모드 선택 신호를 포함하고, 상기 전류를 공급하는 단계는, 상기 냉풍 모드 선택 신호가 수신되면, 상기 열전소자의 상면을 통해 냉열이 발생되도록 제 1 전류를 공급하는 단계와, 상기 온풍 모드 선택 신호가 수신되면, 상기 열전소자의 상면을 통해 온열이 발생되도록 상기 제 1 전류와 반대 방향의 제 2 전류를 공급하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 열전소자와 접촉한 상기 특정 축열 부재는, 상기 열전소자에 상기 제 1 전류가 공급됨에 따라 상기 열전소자의 하면을 통해 전달되는 온열을 저장하고, 상기 열전소자에 상기 제 2 전류가 공급됨에 따라 상기 열전소자의 하면을 통해 전달되는 냉열을 저장한다.

또한, 상기 축열 부재는, 상기 온열을 저장하기 위한 복수의 제 1 축열 부재와, 상기 냉열을 저장하기 위한 복수의 제 2 축열 부재를 포함하며, 상기 접촉시키는 단계는, 상기 냉풍 모드 선택 신호가 수신되면, 상기 복수의 제 1 축열 부재 중 어느 하나의 제 1 축열 부재가 상기 열전소자의 하면과 접촉하도록 회전시키는 단계와, 상기 냉풍 모드 선택 신호가 수신되면, 상기 복수의 제 2 축열 부재 중 어느 하나의 제 2 축열 부재가 상기 열전소자의 하면과 접촉하도록 회전시키는 단계를 포함한다.

또한, 상기 변경하는 단계는, 상기 냉풍 모드 선택 신호가 수신된 상태에서, 상기 열전소자와 접촉하고 있는 제 1 축열 부재의 온도가 기설정된 제 1 임계 값보다 크면, 상기 열전소자와 접촉하고 있는 제 1 축열 부재를 다른 제 1 축열 부재로 변경하는 단계와, 상기 온풍 모드 선택 신호가 수신된 상태에서, 상기 열전소자와 접촉하고 있는 제 2 축열 부재의 온도가 기설정된 제 2 임계 값보다 크면, 상기 열전소자와 접촉하고 있는 제 2 축열 부재를 다른 제 2 축열 부재로 변경하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 다른 제 1 축열 부재는, 상기 복수의 제 1 축열 부재 중 가장 낮은 온도가 측정된 제 1 축열 부재이며, 상기 다른 제 2 축열 부재는, 상기 복수의 제 2 축열 부재 중 가장 높은 온도가 측정된 제 2 축열 부재를 포함한다.

본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 냉풍 모드 시에 축열 소재를 이용하여 열전소자의 발열부를 통해 발생하는 열을 흡수함으로써, 냉온풍기가 사용되는 공간의 전체 온도를 낮출 수 있으며, 이에 따른 사용자 만족도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 발열부의 열을 흡수하는 축열 소재의 잠열 포화시에 상기 축열 소재를 교체해줌으로써, 상기 냉온풍기의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 열전소자를 이용한 냉온풍기(10)의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 냉온풍기의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 열전소자의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 열전소자의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그 및 전극의 단면도를 나타낸다.
도 6 내지 도 8은 적층 구조의 열전 레그를 도시한 도면들이다.
도 9 내지 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 모듈 상에 배치되는 열전달부재의 개념도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 축열 부재(600)를 보다 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 13은 도 12의 회전부에 연결된 축열 부재의 구성을 보다 구체적으로 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 냉온풍기(10)의 내부 구성 블록을 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그용 소결체를 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 냉온풍기(10)의 동작 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 열전소자를 이용한 냉온풍기(10)의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 냉온풍기의 분해 사시도이다.

이하에서는, 도 1 및 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 냉온풍기(10)기의 구조에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1의 (a)는 상기 냉온풍기(10)를 측면에서 바라본 도면이며, 도 1의 (b)는 상기 냉온풍기(10)를 정면에서 바라본 도면이다.

도 1 및 2를 참조하면, 냉온풍기(10)는 전면 커버(200), 팬(400), 열전소자(100), 히트 싱크(500), 축열 부재(600) 및 후면 커버(300)를 포함한다.

상기 전면 커버(200) 및 후면 커버(300)는 냉온풍기(10)의 몸체를 형성하며, 그에 따라 내부에 상기 팬(400), 열전소자(100), 히트 싱크(500) 및 축열 부재(600)를 수용한다.

상기 전면 커버(200) 및 후면 커버(300)는 상기 팬(400)의 위치에 의해 그의 기능이 결정될 수 있다. 즉, 상기 팬(400)의 전면에 위치하는 커버가 상기 전면 커버(200)이며, 상기 팬(400)의 후면에 위치하는 커버가 상기 후면 커버(300)이다.

그리고, 상기 후면 커버(300)는 외부로부터의 공기가 상기 몸체 내부로 유입될 수 있도록 한다. 그리고, 상기 전면 커버(200)는 상기 열전소자(100)를 통과하여 상기 팬(400)을 통해 발생한 냉풍 또는 온풍을 발생한다.

상기 후면 커버(300)는 상기 외부 공기가 유입되는 영역이 개방될 수 있다. 다만, 이는 본 발명의 일 실시 예에 불과할 뿐, 상기 후면 커버(300)는 상기 외부 공기의 유입을 방해하지 않으면서, 안전성을 고려하여 그물망 구조를 가질 수 있다.

상기 전면 커버(200)는 도면에 도시된 바와 같이 전면을 향하여 직경이 달라질 수 있다. 다시 말해서, 상기 전면 커버(200)는 전면을 향하여 직경이 작아질 수 있다. 이에 따라, 상기 팬(400)에서 발생한 냉풍 또는 온풍이 상기 전면 커버(200)에 의해 중심으로 모아지게 되고, 이에 따른 베르누이의 원리(Bernoulli's principle)에 의해 상기 냉풍 또는 온풍의 속도가 증가하게 된다.

한편, 상기 전면 커버(200)는 상기 전면 커버(200)의 전면에 배치되는 안전 부재(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 상기 안전부재는, 상기 전면 커버(200)를 통해 노출된 상기 팬(400)으로부터의 사용자 안정성을 확보하기 위한 안정망일 수 있다. 상기 안전부재는 상기 팬(400)에서 발생한 바람에 의해 전달되는 냉풍 또는 온풍의 방출을 저해하지 않으면서 상기 안정성을 확보하기 위해 그물 형태로 형성될 수 있다.

상기 전면 커버(200)의 내부에는 팬(400)에 배치된다. 상기 팬(400)은 바람을 발생하여 공기를 순환시키고, 그에 따라 외부 온도를 유지할 수 있도록 한다. 상기 팬(400)은 공기 순환식 팬으로 구성될 수 있으며, 그에 따라 상기 열전소자(100)에서 생성되는 냉열 또는 온열을 상기 전면 커버(200)를 통해 외부로 배출할 수 있도록 한다.

상기 팬(400)은 일반적인 선풍기에 배치되는 팬의 구조와 동일할 수 있으며, 이에 따라 적어도 2개 이상의 회전 날개를 가지는 구조를 가질 수 있다. 상기 적어도 2개 이상의 회전 날개의 형상은 서로 동일할 수 있다. 이에 따라, 상기 형상이 동일한 2개 이상의 히전 날개를 통해 배출되는 공기의 속도가 일정할 수 있으며, 이에 따른 공기의 송풍 면적이 동일하게 형성됨에 따라 외부로 일정한 세기의 냉풍 또는 온풍을 방출하도록 한다.

상기 팬(400)은 상기 열전소자(100)의 전면에 배치되어 구동모터(도시하지 않음)의 회전축에 의해 회전한다. 즉, 상기 팬(400)은 상기 구동모터의 회전축에 연결되어 있으며, 이에 따라 상기 구동모터에 전원이 공급될 때, 상기 회전축은 회전하게 되며, 상기 회전축의 회전에 따라 상기 팬(400) 역시 회전하여 전면을 향해 바람을 발생한다.

상기 팬(400)의 후면에는, 열전소자(100), 히트 싱크(500) 및 축열 부재(600)가 각각 순서대로 배치될 수 있다. 다시 말해서, 상기 팬(400)과 상기 후면 커버(300)의 사이에는 상기 열전소자(100), 상기 히트 싱크(500) 및 상기 축열 부재(600)가 각각 배치될 수 있다. 이때, 상기 열전소자(100)는 상기 팬(400)에 인접하게 배치될 수 있고, 상기 축열 부재(600)는 상기 후면 커버(300)의 후면에 인접하게 배치될 수 있으며, 상기 히트 싱크(500)는 상기 열전소자(100) 및 상기 축열 부재(600) 사이에 배치될 수 있다.

한편 상기 열전소자(100), 히트 싱크(500) 및 상기 축열 부재(600)는 상호 직접 접촉할 수 있다. 다시 말해서, 상기 열전소자(100)의 후면과 상기 히트 싱크(500)의 전면은 상호 직접 접촉하며 결합될 수 있다. 또한, 상기 히트 싱크(500)의 후면과 상기 축열 부재(600)의 후면은 상호 직접 접촉하며 결합될 수 있다.

상기 열전소자(100)는 전원에 의한 열전 현상으로 냉기 또는 온기를 발생한다. 상기 열전현상은, 펠티어 효과(Feltier Effect)를 의미한다. 펠티어 효과란, 전력으로 냉각과 가열을 동시에 하는 효과로서, 서로 다른 성질을 가진 두 개의 금속(P형 반도체, N형 반도체)으로 전기 소자를 만들고, 여기에 전류를 흘려주면 두 금속의 접합점에서 한쪽은 열이 발생하고, 다른 쪽은 열을 빼앗긴다는 현상이다. 상기 열전현상을 이용한 열전소자에 대해서는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려진 공지의 기술이므로, 상세한 설명을 생략하도록 한다.

여기서는 상기 팬(400), 열전소자(100), 히트 싱크(500) 및 축열 부재(600)가 각각 순서대로 배치되는 것으로 설명하였지만, 상기 팬(400)에 의한 바람의 영향을 최소화하기 위하여 상기 열전소자(100), 히트 싱크(500) 및 상기 축열 부재(500)는 상기 팬(400)의 아래에 배치(도시하지 않음)될 수도 있다. 또한, 상기 히트 싱크(500)는 생략될 수도 있으며, 상기 히트 싱크(500)가 생략됨으로써 상기 열전소자(100)와 상기 축열 부재(600)는 직접 접촉할 수 있다. 이하 설명에서는 상기 열전소자(100)와 상기 축열 부재(600) 사이에 상기 히트 싱크(500)가 배치된 것에 대해 설명하였지만, 상기 히트 싱크(500)가 생략된 구조도 동일하게 적용될 수 있다.

상기 열전소자(100)는 전류의 방향에 따라 냉기 및 온기를 발생시키는 면이 변한다. 따라서, 외부로부터 선택되는 상기 냉온풍기(10)의 동작 모드에 따라 상기 팬(400)과 인접한 상기 열전소자(100)의 전면에서 발생하는 공기의 온도는 다르게 나타난다. 즉, 제 1 전류가 공급되는 상태에서, 상기 팬(400)과 인접한 상기 열전소자(100)의 전면은 발열부로 작용할 수 있다. 또한, 상기 제 1 전류와 반대 방향인 제 2 전류가 공급되는 상태에서, 상기 팬(400)과 인접한 상기 열전소자(100)의 전면은 냉각부로 작용할 수 있다. 따라서, 상기 열전소자(100)에 제 1 전류가 공급되는 경우, 상기 냉온풍기(10)는 온풍기로 동작할 수 있으며, 상기 열전소자(100)에 제 2 전류가 공급되는 경우, 상기 냉온풍기(10)는 냉풍기로 동작할 수 있다.

한편, 도면상에는 상기 팬(400)과 상기 후면 커버(300) 사이에 1개의 열전소자(100)만이 배치되는 것으로 도시하였으나, 이는 일 실시 예에 불과할 뿐, 상기 배치되는 열전소자(100)의 개수는 선택적으로 증가할 수 있을 것이다. 또한, 상기 열전소자(100)가 복수 개 배치되는 경우, 상기 복수 개의 열전소자(100)는 상기 팬(400)의 중심축(상기 구동모터의 회전축)을 중심으로 상호 간에 동일한 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.

상기 히트 싱크(500)는 상기 열전소자(100)의 후면과 접촉한다. 이때, 상기 히트 싱크(500)는 상기 열전소자(100)의 발열부 또는 냉각부에 접촉한다. 즉, 상기 히트 싱크(500)는 상기 냉온풍기(10)가 냉풍기로 동작하는 경우, 상기 열전소자(100)의 발열부에 접촉한다. 또한, 상기 냉온풍기(10)가 온풍기로 동작하는 경우, 상기 히트 싱크(500)는 상기 냉각부에 접촉한다. 이는, 상기 히트 싱크(500)의 접촉 위치가 변화하는 것을 의미하는 것이 아니며, 상기 히트 싱크(500)에 접촉한 상기 열전소자(100)의 후면이 발열부 또는 냉각부로 선택적으로 작용하는 것을 의미한다. 상기 히트 싱크(500)는 상기 열전소자(100)의 냉각부 또는 발열부에 따른 냉기 또는 온기의 방출 효율을 증가시키기 위해, 상기 열전소자(100)의 후면에 부착되는 구조물이다.

상기 히트 싱크(500)의 후면에는 축열 부재(600)가 결합된다. 상기 축열 부재(600)는 상기 히트 싱크(500)를 통해 전달되는 냉기 또는 온기를 저장한다.

상기 축열 부재(600)는 일정 녹는점(melting point) 및 끊는점(boiling point)을 가지는 상변화물질(PCM:Phase Change Materials)을 포함할 수 있다.

상기 축열 부재(600)를 구성하는 상변화물질은 상기 열전소자(100)의 냉각부 또는 발열부에 접촉한 히트 싱크(500)에 접촉하고, 그에 따라 상기 히트 싱크(500)로부터 발산되는 열을 흡수할 수 있다. 이때, 상기 발산되는 열은 온기일 수 있으며, 이와 다르게 냉기일 수 있다.

상기 상변화물질은 일정 온도 범위 내에서 물리적 상태를 변화시키는 특성을 가질 수 있다. 상기 상변화물질는 예를 들어, 고체-액체 상 변화가 발생하는 경우에는, 상변화 물질이 용융 온도로 가열되고 용용 동안에 많은 잠열을 흡수하고 저장할 때 상변화 물질은 고체 상태로부터 액체 상태로 변경될 수 있다.

그리고, 상기 상변화물질에 의해 저장된 열은 상변화 물질이 냉각될 때 일정한 온도 범위 내에서 외부 대기로 방출되며 이에 따라 액체 상태에서 고체 상태로 역 변환이 일어날 수 있다.

상기 두 단계 변화 (즉, 고체-액체 상변화 및 액체- 고체 상변화)의 공정에서, 저장 또는 방출되는 에너지는 상변화의 잠열일 수 있다. 상변화 물질의 온도는 물리적 상태가 변경되어 상변화가 완료되기 전에는 거의 변하지 않아 상변화 물질은 넓은 온도 플랫폼을 가질 수 있다. 따라서, 상변화 물질의 온도는 변화하지 않지만, 흡수 또는 방출되는 잠열의 양이 매우 클 수 있다.

이때, 상기 상변화물질은 파우치 형태로 배치될 수 있으며, 복수 개로 구성될 수 있다. 즉, 상기 상변화물질은 복수 개로 구성되어, 선택적으로 상기 히트 싱크(500)에 접촉할 수 있다.

다시 말해서, 상기 상변화물질은 일정 녹는점을 가지며, 상기 녹는점에서 고체->액체로의 상변화가 이루어진다. 그리고, 상기 상변화가 이루어지게 되면, 상기 상변화물질에 의한 축열 소재 기능이 상실된다. 이에 따라, 본 발명에서는 상기 상변화물질이 상변화가 이루어지는 일정 녹는점의 온도를 가지는 경우, 상기 히트 싱크(500)에 접촉한 상변화물질을 새로운 상변화물질로 교체한다.

상기 상변화물질은 아래의 표 1과 같을 수 있다.

표 1에서와 같이, 상기 축열 부재(600)를 구성하는 상변화물질은 메탄(Methane), 에탄(Ethane), 프로페인(Propane), 부탄(Butane), 펜탄(Pentane), 헥산(Hexane), 헵탄(Heptane), 옥탄(Octane), 노난(Nonane), 데탄(Decane), 운데칸(Undecane), 도데칸(Dodecane), 펜타데칸(Pentadecane), 헥사데칸(Hexadecane), 이코산(Icosane), 트리아콘탄(Triacontane), 테트라콘탄(Tetracontane), 펜타코탄(Pentacontane) 및 헥사코탄(Hexacontane) 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.

이때, 상기 각각의 상변화물질은 서로 다른 녹는점(Melting point)을 가지고 있다. 상기 녹는점은, 마이너스 온도를 가질 수 있고, 이와 다르게 플러스 온도를 가질 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 냉풍기 모드에 적용되는 축열 부재(600)와 온풍기 모드에 적용되는 축열 부재(600)를 각각 구분하고, 그에 따라 냉풍기 모드로 동작하는 경우에는 상기 히트 싱크(500)에 상기 냉풍기 모드에 적용되는 축열 부재(600)가 접촉하도록 하고, 상기 온풍기 모드로 동작하는 경우에는 상기 히트 싱크(500)에 상기 온풍기 모드에 적용되는 축열 부재(600)가 접촉하도록 한다.

상기 냉풍기 모드에 적용되는 축열 부재(600)는 온기를 저장하는 기능을 하고, 상기 다수의 상변화물질 중 플러스 온도의 녹는점을 가지는 상변화물질로 구성되도록 한다. 또한, 온풍기 모드에 적용되는 축열 부재(600)는 냉기를 저장하는 기능을 하고, 그에 따라 상기 다수의 상변화물질 중 마이너스 온도의 녹는점을 가지는 상변화물질로 구성되도록 한다.

따라서, 상기 온풍기 모드에 적용되는 축열 부재(600)는 메탄(Methane), 에탄(Ethane), 프로페인(Propane), 부탄(Butane), 펜탄(Pentane), 헥산(Hexane), 헵탄(Heptane), 옥탄(Octane), 노난(Nonane), 데탄(Decane), 운데칸(Undecane) 및 도데칸(Dodecane) 중 어느 하나의 상변화물질로 구성될 수 있다.

그리고, 상기 냉풍기 모드에 적용되는 축열 부재(600)는 상기 펜타데칸(Pentadecane), 헥사데칸(Hexadecane), 이코산(Icosane), 트리아콘탄(Triacontane), 테트라콘탄(Tetracontane), 펜타코탄(Pentacontane) 및 헥사코탄(Hexacontane) 중 어느 하나의 상변화물질로 구성될 수 있다.

따라서, 상기 축열 부재(600)는 복수의 제 1 축열 부재(610)와, 복수의 제 2 축열 부재(620)를 포함할 수 있다.

상기 복수의 제 1 축열 부재(610)는, 냉풍기 모드에 적용되는 축열 부재로써, 상기 플러스 온도의 녹는점을 가지는 상기 펜타데칸(Pentadecane), 헥사데칸(Hexadecane), 이코산(Icosane), 트리아콘탄(Triacontane), 테트라콘탄(Tetracontane), 펜타코탄(Pentacontane) 및 헥사코탄(Hexacontane) 중 어느 하나의 상변화물질로 구성될 수 있다. 이때, 상기 냉온풍기(10)가 냉풍기로 동작하는 경우, 상기 축열 부재(600)는 대기 중의 열이 흡수되지 않도록 해야 한다. 따라서, 상기 복수의 제 1 축열 부재(610)는 대기 중의 열이 흡수되지 않는 적어도 30℃ 이상의 녹는점을 가지는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 복수의 제 1 축열 부재(610)는 30℃ 이상의 녹는점을 가지는, 이코산(Icosane), 트리아콘탄(Triacontane), 테트라콘탄(Tetracontane), 펜타코탄(Pentacontane) 및 헥사코탄(Hexacontane) 중 어느 하나의 상변화물질로 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 복수의 제 2 축열 부재(620)는 온풍기 모드에 적용되는 축열 부재재로써, 마이너스 온도의 녹는점을 가지는 상기 메탄(Methane), 에탄(Ethane), 프로페인(Propane), 부탄(Butane), 펜탄(Pentane), 헥산(Hexane), 헵탄(Heptane), 옥탄(Octane), 노난(Nonane), 데탄(Decane), 운데칸(Undecane) 및 도데칸(Dodecane) 중 어느 하나의 상변화물질로 구성될 수 있다.

결론적으로 본 발명에서는, 상기 히트 싱크(500)에 축열 부재(600)를 배치하여, 상기 히트 싱크(500)를 통해 전달되는 열이 상기 축열 부재(600)에 저장되도록 한다. 이때, 상기 축열 부재(600)는 온풍기 모드에 적용되는 제 1 축열 부재(610)와, 제 2 축열 부재(620)로 구분된다. 그리고, 상기 제 1 축열 부재(610)는 상기 냉온풍기(10)가 냉풍기로 동작하는 경우에 상기 히트 싱크(500)와 접촉하고, 상기 제 2 축열 부재(620)는 상기 냉온풍기(10)가 온풍기로 동작하는 경우에 상기 히트 싱크(500)와 접촉한다.

또한, 상기 제 1 및 2 축열 부재(610, 620) 각각은 복수 개로 구성되며, 그에 따라 특정 축열 부재의 온도가 기설정된 임계 값을 벗어나는 경우에 상호 교체가 이루어질 수 있도록 한다.

다시 말해서, 상기 제 1 축열 부재(610)는 복수 개로 구성된다. 그리고, 현재 히트 싱크(500)에 접촉된 제 1 축열 부재(610)의 온도가 임계 값 이상으로 상승하는 경우, 다른 새로운 제 1 축열 부재(610)로 교체될 수 있다. 이때, 상기 임계 값은, 상기 제 1 축열 부재(610)를 구성하는 상변화물질의 녹는점을 기준으로 설정될 수 있다.

또한, 상기 제 2 축열 부재(620)는 복수 개로 구성된다. 그리고, 현재 히트 싱크(500)에 접촉된 제 2 축열 부재(620)의 온도가 임계 값 이하으로 감소하는 경우, 다른 새로운 제 2 축열 부재(620)로 교체될 수 있다. 이때, 상기 임계 값은, 상기 제 2 축열 부재(620)를 구성하는 상변화물질의 녹는점을 기준으로 설정될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 열전소자(100)에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

도 3은 열전소자의 단면도이고, 도 4는 열전소자의 사시도이다.

도 3내지 4를 참조하면, 열전소자(100)는 하부 기판(110), 하부 전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 상부 전극(150) 및 상부 기판(160)을 포함한다.

하부 전극(120)은 하부 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 하부 바닥면 사이에 배치되고, 상부 전극(150)은 상부 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 상부 바닥면 사이에 배치된다.

이에 따라, 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)는 하부 전극(120) 및 상부 전극(150)에 의하여 전기적으로 연결된다. 하부 전극(120)과 상부 전극(150) 사이에 배치되며, 전기적으로 연결되는 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 단위 셀을 형성할 수 있다.

예를 들어, 리드선(181, 182)을 통하여 하부 전극(120) 및 상부 전극(150)에 전압을 인가하면, 펠티에 효과로 인하여 P형 열전 레그(130)로부터 N형 열전 레그(140)로 전류가 흐르는 기판은 열을 흡수하여 냉각부로 작용하고, N형 열전 레그(140)로부터 P형 열전 레그(130)로 전류가 흐르는 기판은 가열되어 발열부로 작용할 수 있다.

여기서, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te)를 주원료로 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 열전 레그일 수 있다.

상기 P형 열전 레그(130)는 전체 중량 100wt%에 대하여 안티몬(Sb), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 주원료 물질 99 내지 99.999wt%와 Bi 또는 Te를 포함하는 혼합물 0.001 내지 1wt%를 포함하는 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, 주원료물질이 Bi-Se-Te이고, Bi 또는 Te를 전체 중량의 0.001 내지 1wt%로 더 포함할 수 있다.

상기 N형 열전 레그(140)는 전체 중량 100wt%에 대하여 셀레늄(Se), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무스(Bi) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 포함하는 비스무스텔루라이드(Bi-Te)계 주원료 물질 99 내지 99.999wt%와 Bi 또는 Te를 포함하는 혼합물 0.001 내지 1wt%를 포함하는 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, 주원료물질이 Bi-Sb-Te이고, Bi 또는 Te를 전체 중량의 0.001 내지 1wt%로 더 포함할 수 있다.

P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 벌크형 또는 적층형으로 형성될 수 있다. 일반적으로 벌크형 P형 열전 레그(130) 또는 벌크형 N형 열전 레그(140)는 열전 소재를 열처리하여 잉곳(ingot)을 제조하고, 잉곳을 분쇄하고 체거름하여 열전 레그용 분말을 획득한 후, 이를 소결하고, 소결체를 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다.

적층형 P형 열전 레그(130) 또는 적층형 N형 열전 레그(140)는 시트 형상의 기재 상에 열전 소재를 포함하는 페이스트를 도포하여 단위 부재를 형성한 후, 단위 부재를 적층하고 커팅하는 과정을 통하여 얻어질 수 있다.

이때, 한 쌍의 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 동일한 형상 및 체적을 가지거나, 서로 다른 형상 및 체적을 가질 수 있다. 예를 들어, P형 열전 레그(130)와 N형 열전 레그(140)의 전기 전도 특성이 상이하므로, N형 열전 레그(140)의 높이 또는 단면적을 P형 열전 레그(130)의 높이 또는 단면적과 다르게 형성할 수도 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자의 성능은 제벡 지수로 나타낼 수 있다. 제백 지수(ZT)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, α는 제벡계수[V/K]이고, σ는 전기 전도도[S/m]이며, α²σ는 파워 인자(Power Factor, [W/mK²])이다. 그리고, T는 온도이고, k는 열전도도[W/mK]이다. k는 a·c_p·ρ로 나타낼 수 있으며, a는 열확산도[cm²/S]이고, c_p 는 비열[J/gK]이며, ρ는 밀도[g/cm³]이다.

열전 소자의 제백 지수를 얻기 위하여, Z미터를 이용하여 Z 값(V/K)을 측정하며, 측정한 Z값을 이용하여 제벡 지수(ZT)를 계산할 수 있다.

여기서, 하부 기판(110)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 하부 전극(120), 그리고 상부 기판(160)과 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 사이에 배치되는 상부 전극(150)은 구리(Cu), 은(Ag) 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 포함하며, 0.01mm 내지 0.3mm의 두께를 가질 수 있다. 하부 전극(120) 또는 상부 전극(150)의 두께가 0.01mm 미만인 경우, 전극으로서 기능이 떨어지게 되어 전기 전도 성능이 낮아질 수 있으며, 0.3mm를 초과하는 경우 저항의 증가로 인하여 전도 효율이 낮아질 수 있다.

그리고, 상호 대향하는 하부 기판(110)과 상부 기판(160)은 절연 기판 또는 금속 기판일 수 있다. 절연 기판은 알루미나 기판 또는 유연성을 가지는 고분자 수지 기판일 수 있다. 유연성을 가지는 고분자 수지 기판은 폴리이미드(PI), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 환상 올레핀 코폴리(COC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 레진(resin)과 같은 고투과성 플라스틱 등의 다양한 절연성 수지재를 포함할 수 있다. 금속 기판은 Cu, Cu 합금 또는 Cu-Al 합금을 포함할 수 있으며, 그 두께는 0.1mm~0.5mm일 수 있다.

금속 기판의 두께가 0.1mm 미만이거나, 0.5mm를 초과하는 경우, 방열 특성 또는 열전도율이 지나치게 높아질 수 있으므로, 열전 소자의 신뢰성이 저하될 수 있다. 또한, 하부 기판(110)과 상부 기판(160)이 금속 기판인 경우, 하부 기판(110)과 하부 전극(120) 사이 및 상부 기판(160)과 상부 전극(150) 사이에는 각각 유전체층(170)이 더 형성될 수 있다.

유전체층(170)은 5~10W/K의 열전도도를 가지는 소재를 포함하며, 0.01mm~0.15mm의 두께로 형성될 수 있다. 유전체층(170)의 두께가 0.01mm 미만인 경우 절연 효율 또는 내전압 특성이 저하될 수 있고, 0.15mm를 초과하는 경우 열전전도도가 낮아져 방열효율이 떨어질 수 있다.

이때, 하부 기판(110)과 상부 기판(160)의 크기는 다르게 형성될 수도 있다. 예를 들어, 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 중 하나의 체적, 두께 또는 면적은 다른 하나의 체적, 두께 또는 면적보다 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 열전 소자의 흡열 성능 또는 방열 성능을 높일 수 있다.

또한, 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 중 적어도 하나의 표면에는 방열 패턴, 예를 들어 요철 패턴이 형성될 수도 있다. 이에 따라, 열전 소자의 방열 성능을 높일 수 있다. 요철 패턴이 P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)와 접촉하는 면에 형성되는 경우, 열전 레그와 기판 간의 접합 특성도 향상될 수 있다.

한편, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 원통 형상, 다각 기둥 형상, 타원형 기둥 형상 등을 가질 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따르면, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 전극과 접합하는 부분의 폭이 넓게 형성될 수도 있다.

도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그 및 전극의 단면도를 나타낸다.

도 5를 참조하면, 열전 레그(130)는 제1단면적을 가지는 제1소자부(132), 제1소자부(132)와 대향하는 위치에 배치되며 제2단면적을 가지는 제2소자부(136), 그리고 제1소자부(132) 및 제2소자부(136)를 연결하며 제3단면적을 가지는 연결부(134)를 포함할 수 있다. 이때, 연결부(134)의 수평방향의 임의의 영역에서의 단면적이 제1단면적 또는 제2단면적보다 작게 형성될 수 있다.

이와 같이, 제1 소자부(132) 및 제2 소자부(136)의 단면적을 연결부(134)의 단면적보다 크게 형성하면, 동일한 양의 재료를 이용하여 제1소자부(132)와 제2소자부(136) 간의 온도차(T)를 크게 형성할 수 있다. 이에 따라, 발열측(Hot side)와 냉각측(Cold side) 사이에 이동하는 자유전자의 양이 많아지므로, 발전량이 증가하게 되며, 발열 효율 또는 냉각 효율이 높아지게 된다.

이때, 연결부(134)의 수평 단면 중 가장 긴 폭을 가지는 단면의 폭(B)과, 제1소자부(132) 및 제2소자부(136)의 수평 단면 중 더 큰 단면의 폭(A or C) 간의 비가 1:(1.5~4)일 수 있다. 이에 따라, 발전 효율, 발열 효율 또는 냉각 효율을 높일 수 있다.

여기서, 제1소자부(132), 제2소자부(136) 및 연결부(134)는 동일한 재료를 이용하여 일체로 형성될 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그는 적층형 구조를 가질 수도 있다. 예를 들어, P형 열전 레그 또는 N형 열전 레그는 시트 형상의 기재에 반도체 물질이 도포된 복수의 구조물을 적층한 후, 이를 절단하는 방법으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 재료의 손실을 막고 전기 전도 특성을 향상시킬 수 있다.

도 6은 적층형 구조의 열전 레그를 제조하는 방법을 나타낸다.

도 6을 참조하면, 반도체 물질을 포함하는 재료를 페이스트 형태로 제작한 후, 시트, 필름 등의 기재(1110) 상에 도포하여 반도체층(1120)을 형성한다. 이에 따라, 하나의 단위부재(1100)가 형성될 수 있다.

복수의 단위부재(1100a, 1100b, 1100c)를 적층하여 적층 구조물(1200)을 형성하고, 이를 절단하면 단위 열전 레그(1300)를 얻을 수 있다.

이와 같이, 단위 열전 레그(1300)는 기재(1110) 상에 반도체층(1120)이 형성된 단위부재(1100)가 복수로 적층된 구조물에 의하여 형성될 수 있다.

여기서, 기재(1110) 상에 페이스트를 도포하는 공정은 다양한 방법으로 행해질 수 있다. 예를 들어, 테이프캐스팅(Tape casting) 방법으로 행해질 수 있다. 테이프캐스팅 방법은 미세한 반도체 물질의 분말을 수계 또는 비수계 용매(solvent), 결합제(binder), 가소제(plasticizer), 분산제(dispersant), 소포제(defoamer) 및 계면활성제 중 선택되는 적어도 하나와 혼합하여 슬러리(slurry) 형태로 제조한 후, 움직이는 칼날(blade) 또는 움직이는 기재 상에서 성형하는 방법이다.

이때, 기재(1110)는 10um~100um 두께의 필름, 시트 등일 수 있으며, 도포되는 반도체 물질로는 상술한 벌크형 소자를 제조하는 P 형 열전 재료 또는 N 형 열전 재료가 그대로 적용될 수 있다.

단위부재(1100)를 복수의 층으로 어라인하여 적층하는 공정은 50~250℃의 온도에서 압착하는 방법으로 행해질 수 있으며, 적층되는 단위부재(110)의 수는, 예를 들어 2~50개일 수 있다. 이후, 원하는 형태와 사이즈로 절단될 수 있으며, 소결공정이 추가될 수 있다.

이와 같이 제조되는 단위 열전 레그(1300)는 두께, 형상 및 크기의 균일성을 확보할 수 있으며, 박형화가 유리하고, 재료의 손실을 줄일 수 있다.

단위 열전 레그(1300)는 원기둥 형상, 다각 기둥 형상, 타원형 기둥 형상 등일 수 있으며, 도 6(d)에서 예시한 바와 같은 형상으로 절단될 수도 있다.

한편, 적층형 구조의 열전 레그를 제조하기 위하여, 단위 부재(1100)의 한 표면에 전도성층을 더 형상할 수도 있다.

도 7은 도 6의 적층 구조물 내 단위 부재 사이에 형성되는 전도성층을 예시한다.

도 7을 참조하면, 전도성층(C)은 반도체층(1120)이 형성되는 기재(1110)의 반대 면에 형성될 수 있으며, 기재(1110)의 표면의 일부가 노출되도록 패턴화될 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전도성층(C)의 다양한 변형예를 나타낸다. 도 7(a) 및 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 폐쇄형 개구패턴(c1, c2)을 포함하는 메쉬타입 구조 또는 도 7(c) 및 도 7(d)에 도시된 바와 같이, 개방형 개구패턴(c3, c4)을 포함하는 라인타입 구조 등으로 다양하게 변형될 수 있다.

이러한 전도성층(C)은 단위부재의 적층형 구조로 형성되는 단위 열전 레그 내 단위부재 간의 접착력을 높일 수 있으며, 단위부재간 열전도도를 낮추고, 전기전도도는 향상시킬 수 있다. 전도성층(C)은 금속물질, 예를 들어 Cu, Ag, Ni 등이 적용될 수 있다.

한편, 단위 열전 레그(1300)는 도 8에 도시한 바와 같은 방향으로 절단될 수도 있다. 이러한 구조에 따르면, 수직방향의 열전도 효율을 낮추는 동시에 전기전도특성을 향상할 수 있어 냉각효율을 높일 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 열전 모듈은 열전달부재와 함께 배치될 수 있다. 여기에서, 상기 열전달부재는, 상기 도 1 및 2 에서 설명한 히트 싱크(500)일 수 있다.

도 9 내지 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 모듈 상에 배치되는 열전달부재의 개념도이다.

도 9 내지 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열전달부재(2200)는 제1평면(2210) 및 제2평면(2220)을 가지는 평판형상의 기재로, 공기 유로(C1)를 형성하는 적어도 하나의 유로패턴(2200A)을 포함할 수 있다.

도 9 내지 11에서 도시한 바와 같이, 유로패턴(2200A)은 일정한 피치(P1, P2)와 높이(T1)를 가지는 곡률 패턴이 형성되도록 기재를 폴딩(folding)하는 구조, 즉 접는 구조로 형성될 수 있다.

이와 같이, 열전달부재(2200)의 제1 평면(2210) 및 제2 평면(2220)에는 공기가 면접촉하며, 유로패턴(2200A)에 의하여 공기가 면접촉하는 면적이 최대화될 수 있다.

도 9를 참조하면, 공기가 유로 방향(C1)으로 유입되는 경우, 공기가 제1평면(2210)과 제2평면(222)에 고르게 접촉하며 이동하여, 유로 방향(C2)으로 진행될 수 있다. 이에 따라, 단순한 평판 형상의 기재에 비하여 공기와의 접촉 면이 넓으므로, 흡열이나 발열의 효과가 증가하게 된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 공기의 접촉 면적을 더욱 증대하기 위하여, 기재의 표면에 돌출형 저항패턴(2230)을 형성할 수도 있다.

나아가, 도 10에 도시된 바와 같이, 저항패턴(2230)은 공기가 유입되는 방향으로 일정한 경사각(θ)을 가지도록 기울어진 돌출 구조물로 형성될 수도 있다. 이에 따라, 저항패턴(2230)과 공기 간의 마찰을 극대화할 수 있으므로, 접촉면적 또는 접촉효율을 높일 수 있다. 또한, 저항패턴(2230)의 앞 부분의 기재 면에 홈(2240)을 형성할 수도 있다. 저항패턴(223)과 접촉하는 공기의 일부는 홈(2240)을 통과하여 기재의 전면과 후면 사이를 이동하므로, 접촉면적 또는 접촉효율을 더욱 높일 수 있다.

저항패턴(2230)이 제1평면(2210)에 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 평면(2220)에 형성될 수도 있다.

도 11을 참조하면, 유로패턴은 다양한 변형예를 가질 수 있다.

예를 들어, 도 11(a)와 같이 일정한 피치(P1)로 곡률을 가지는 패턴을 반복적으로 형성하거나, 도 11(b)와 같이 첨부를 가지는 패턴이 반복하여 형성되거나, 도 11(c) 및 도 11(d)에 도시된 바와 같이 단위패턴이 다각형 구조를 가질 수도 있다. 도시되지 않았으나, 패턴의 표면(B1, B2)에 저항패턴이 형성될 수 있음은 물론이다.

도 11에서는 유로패턴이 일정한 주기 및 높이를 가지고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 유로패턴의 주기 및 높이(T1)는 불균일하게 변형될 수 있다.

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 축열 부재(600)를 보다 구체적으로 나타낸 도면이고, 도 13은 도 12의 회전부에 연결된 축열 부재의 구성을 보다 구체적으로 나타낸 도면이며, 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 냉온풍기(10)의 내부 구성 블록을 나타낸 도면이다.

도 12 및 도 13을 참조하면, 축열 부재(600)는 상기 설명한 바와 같이, 복수의 제 1 축열 부재(610)와, 복수의 제 2 축열 부재(620)를 포함한다.

즉, 상기 복수의 제 1 축열 부재(610)는, 냉풍기 모드에 적용되는 축열 부재로써, 30℃ 이상의 녹는점을 가지는, 이코산(Icosane), 트리아콘탄(Triacontane), 테트라콘탄(Tetracontane), 펜타코탄(Pentacontane) 및 헥사코탄(Hexacontane) 중 어느 하나의 상변화물질로 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 복수의 제 1 축열 부재(610) 각각은, 파우치 형태로 상기 설명한 바와 같은 상변화물질을 포함하는 제 1 축열부(611)와, 상기 제 1 축열부(611)에 접촉하여 상기 제 1 축열부(611)의 온도를 측정하는 제 1 온도 센서(612)를 포함한다.

그리고, 상기 복수의 제 2 축열 부재(620) 각각은, 파우치 형태로 상기 설명한 바와 같은 상변화물질을 포함하는 제 2 축열부(621)와, 상기 제 2 축열부(621)에 접촉하여 상기 제 2 축열부(621)의 온도를 측정하는 제 2 온도 센서(622)를 포함한다.

회전부(700)는 상기 축열 부재(600)와 연결되고, 그에 따라 상기 히트 싱크(500)에 접촉되는 축열 부재(600)를 선택적으로 교체한다. 회전부(700)는 제어부(900)의 제어에 따라 선택적으로 동작한다. 상기 회전부(700)는 모터일 수 있다.

상기 복수의 제 1 축열 부재 및 제 2 축열 부재는 상기 회전부(700)의 회전축에 연결되고, 상기 회전부(700)의 구동에 따라 회전하여 선택적으로 상기 히트 싱크(500)에 접촉한다.

통신부(800)는 상기 냉온풍기(10)에 선택적으로 구비될 수 있다. 통신부(800)는 상기 축열 부재(600)에 구비되는 온도센서와 연결되고, 그에 따라 상기 온도 센서를 통해 측정된 온도 값을 상기 제어부(900)에 전달한다. 보다 바람직하게, 상기 통신부(800)는 현재 상기 히트 싱크(500)에 접촉하고 있는 특정 축열부와 연결된 온도 센서로부터 측정된 온도 값을 상기 제어부(900)에 전달한다.

제어부(900)는 상기 냉온풍기(10)의 전반적인 동작을 제어한다.

제어부(900)는 외부로부터 입력되는 동작 명령에 따라 상기 냉온풍기(10)의 각 구성의 동작을 제어한다.

상기 입력되는 동작 명령에는, 전원의 온/오프를 위한 온/오프 명령과, 냉열 발생 모드(냉풍기 모드) 및 온열 발생 모드(온풍기 모드) 중 어느 하나의 모드를 선택하기 위한 모드 선택 명령과, 상기 냉열 또는 온열의 세기를 조절하기 위한 세기 조절 명령과, 상기 냉온풍기(10)의 회전을 조절하기 위한 회전 명령을 포함할 수 있다.

제어부(900)는 상기 온/오프 명령에 따라 선택적으로 상기 각 구성요소으로의 전원 공급 또는 공급 전원 차단을 제어한다.

또한, 제어부(900)는 상기 모드 선택 명령에 따라 상기 열전소자(100)에 공급되는 전류를 제어한다. 즉, 상기 냉풍기 모드가 선택되는 경우, 상기 제어부(900)는 상기 열전소자(100)에 제 1 전류를 공급하고, 상기 온풍기 모드가 선택되는 경우, 상기 제어부(900)는 상기 열전소자(100)에 상기 제 1 전류와 반대방향인 제 2 전류를 공급한다.

또한, 상기 제어부(900)는 상기 모드 선택 명령에 따라, 상기 열전소자(100)의 히트 싱크(500)에 접촉하는 축열 부재(600)를 결정한다. 즉, 상기 제어부(900)는 상기 냉온풍기(10)가 냉풍기 모드로 동작하는 경우, 상기 복수의 제 1 축열 부재 중 어느 하나의 축열 부재가 상기 히트 싱크(500)에 접촉하도록 상기 회전부(700)를 제어한다. 또한, 상기 제어부(900)는 상기 냉온풍기(10)가 온풍기 모드로 동작하는 경우, 상기 복수의 제 2 축열 부재 중 어느 하나의 축열 부재가 상기 히트 싱크(500)에 접촉하도록 상기 회전부(700)를 제어한다.

또한, 상기 제어부(900)는 상기 통신부(800)를 통해 전송되는 특정 축열부의 온도를 계속하여 확인한다. 상기 특정 축열부는, 상기 히트 싱크(500)에 접촉하고 있는 축열부를 의미한다.

그리고, 상기 제어부(900)는 기설정된 임계 값을 기준으로 상기 접촉하고 있는 축열부가 다른 축열부로 교체되도록 상기 회전부(700)를 제어한다.

상기 임계 값은 제 1 축열 부재에 대한 제 1 임계 값과, 상기 제 2 축열 부재에 대한 제 2 임계 값으로 구분될 수 있으며, 각각의 제 1 및 2 임계 값은 해당 축열 부재를 구성하고 있는 상변화물질의 녹는점을 기준으로 설정된다.

그리고, 제어부(900)는 상기 히트 싱크(500)에 접촉하고 있는 축열 부재(600)가 제 1 축열 부재이면, 상기 제 1 임계 값과 상기 온도 값을 비교하고, 상기 히트 싱크(500)에 제 2 축열 부재가 접촉하고 있는 경우, 상기 제 2 임계 값과 상기 온도 값을 비교한다.

그리고, 상기 히트 싱크(500)에 제 1 축열 부재(610)가 접촉하고 있는 경우, 상기 제어부(900)는 상기 제 1 임계 값과 상기 온도 값을 비교하고, 그에 따라 상기 온도 값이 상기 제 1 임계 값보다 크면, 복수의 제 1 축열 부재 내에서, 상기 접촉하는 축열 부재를 교체한다.

또한, 상기 히트 싱크(500)에 제 2 축열 부재(620)가 접촉하고 있는 경우, 상기 제어부(900)는 상기 제 2 임계 값과 상기 온도 값을 비교하고, 그에 따라 상기 온도 값이 상기 제 2 임계 값보다 작으면, 복수의 제 2 축열 부재 내에서, 상기 접촉하는 축열 부재를 교체한다.

결론적으로, 제어부(900)는 현재 히트 싱크(500)에 접촉된 제 1 축열 부재(610)의 온도가 제 1 임계 값 이상으로 상승하는 경우, 상기 회전부(700)를 제어하여 새로운 제 1 축열 부재(610)로의 교체가 이루어지도록 한다.

또한, 제어부(900)는 현재 히트 싱크(500)에 접촉된 제 2 축열 부재(620)의 온도가 제 2 임계 값 이하으로 감소하는 경우, 상기 회전부(700)를 제어하여 새로운 제 2 축열 부재(620)로의 교체가 이루어지도록 한다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 열전 레그는 존 멜팅(zone melting) 방식 또는 분말 소결 방식에 따라 제작될 수 있다. 존 멜팅 방식에 따르면, 열전 소재를 이용하여 잉곳(ingot)을 제조한 후, 잉곳에 천천히 열을 가하여 단일의 방향으로 입자가 재배열되도록 리파이닝하고, 천천히 냉각시키는 방법으로 열전 레그를 얻는다. 분말 소결 방식에 따르면, 열전 소재를 이용하여 잉곳을 제조한 후, 잉곳을 분쇄하고 체거름하여 열전 레그용 분말을 획득하고, 이를 소결하는 과정을 통하여 열전 레그를 얻는다.

도 15는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전 레그용 소결체를 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다.

도 15를 참조하면, 열전 소재를 열처리하여, 잉곳(ingot)을 제조한다(S100). 열전 소재는 Bi, Te 및 Se를 포함할 수 있다. 예를 들어, 열전 소재는 Bi2Te_3-ySe_y(0.1<y<0.4)를 포함할 수 있다. 한편, Bi의 증기 압력은 768℃에서 10Pa이고, Te의 증기 압력은 769℃에서 10⁴Pa이고, Se의 증기 압력은 685℃에서 10⁵Pa이다. 따라서, 일반적인 용융 온도(600~800℃)에서 Te와 Se의 증기 압력이 높아, 휘발성이 크다. 따라서, 열전 레그 제작 시, Te 및 Se 중 적어도 하나의 휘발을 고려하여 칭량할 수 있다. 즉, Te 및 Se 중 적어도 하나를 1 내지 10 중량부로 더 포함시킬 수 있다. 예를 들어, N형 레그 제작 시, Bi₂Te_3-ySe_y(0.1<y<0.4) 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부의 Te 및 Se를 더 포함시킬 수도 있다.

다음으로, 잉곳을 분쇄한다(S110). 이때, 잉곳은 멜트 스피닝(melt spinning) 기법에 따라 분쇄될 수 있다. 이에 따라, 판상 플레이크의 열전 소재가 얻어질 수 있다.

다음으로, 판상 플레이크의 열전 소재를 도핑용 첨가제와 함께 밀링(milling)한다(S120). 이를 위하여, 예를 들면 슈퍼 믹서(Super Mixer), 볼밀(ball mill), 어트리션 밀(attrition mill), 3롤 밀(3roll mill) 등이 이용될 수 있다. 여기서, 도핑용 첨가제는, 예를 들어 Cu 및 Bi₂O₃를 포함할 수 있다. 이때, Bi, Te 및 Se를 포함하는 열전 소재는 99.4 내지 99.98wt%, Cu는 0.01 내지 0.1wt%, 그리고 Bi₂O₃는0.01 내지 0.5wt%의 조성 비, 바람직하게는 Bi, Te 및 Se를 포함하는 열전 소재는 99.48 내지 99.98wt%, Cu는 0.01 내지 0.07wt%, 그리고 Bi₂O₃는 0.01 내지 0.45wt%의 조성비, 더욱 바람직하게는 Bi, Te 및 Se를 포함하는 열전 소재는 99.67 내지 99.98wt%, Cu는 0.01 내지 0.03wt%, 그리고 Bi₂O₃는 0.01 내지 0.30wt%의 조성비로 첨가된 후 밀링될 수 있다.

다음으로, 체거름(sieving)을 통하여 열전 레그용 분말을 얻는다(S130). 다만, 체거름 공정은 필요에 따라 추가되는 것으로, 본 발명의 실시예에서 필수적인 공정이 아니다. 이때, 열전 레그용 분말은, 예를 들면 마이크로 단위의 입자 크기를 가질 수 있다.

다음으로, 열전 레그용 분말을 소결한다(S140). 소결 과정을 얻어진 소결체를 커팅하여 열전 레그를 제작할 수 있다. 소결은, 예를 들면 스파크 플라즈마 소결(SPS, Spark Plasma Sintering) 장비를 이용하여 400 내지 550℃, 35 내지 60MPa 조건에서 1 내지 30분간 진행되거나, 핫 프레스(Hot-press) 장비를 이용하여 400 내지 550℃, 180 내지 250MPa 조건에서 1 내지 60분간 진행될 수 있다.

이때, 열전 레그용 분말은 비정질 리본과 함께 소결될 수 있다. 열전 레그용 분말이 비정질 리본과 함께 소결되면 전기 전도도가 높아지므로, 높은 열전 성능을 얻을 수 있다. 이때, 비정질 리본은 Fe 계 비정질 리본일 수 있다.

한 예로, 비정질 리본은 열전 레그가 상부 전극과 접합하기 위한 면 및 하부 전극과 접합하기 위한 면에 배치된 후 소결될 수 있다. 이에 따라, 상부 전극 또는 하부 전극 방향으로 전기 전도도가 높아질 수 있다. 이를 위하여, 하부 비정질 리본, 열전 레그용 분말 및 상부 비정질 리본이 몰드 내에 순차적으로 배치된 후 소결될 수 있다. 이때, 하부 비정질 리본 및 상부 비정질 리본 상에는 각각 표면 처리층이 형성될 수도 있다. 표면 처리층은 도금법, 스퍼터링법, 증착법 등에 의하여 형성되는 박막으로, 반도체 재료인 열전 레그용 분말과 반응하더라도 성능 변화가 거의 없는 니켈 등이 사용될 수 있다.

다른 예로, 비정질 리본은 열전 레그의 측면에 배치된 후 소결될 수도 있다. 이에 따라, 열전 레그의 측면을 따라 전기 전도도가 높아질 수 있다. 이를 위하여, 비정질 리본이 몰드의 벽면을 둘러싸도록 배치된 후, 열전 레그용 분말을 채우고, 소결할 수 있다.

도 16 및 도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 냉온풍기(10)의 동작 방법을 단계별로 설명하기 위한 흐름도이다.

도 16 및 도 17을 참조하면, 제어부(900)는 상기 모드 선택 명령에 따라 상기 열전소자(100)에 공급되는 전류를 제어한다(S200,S210). 즉, 상기 냉풍기 모드가 선택되는 경우, 상기 제어부(900)는 상기 열전소자(100)에 제 1 전류를 공급하고, 상기 온풍기 모드가 선택되는 경우, 상기 제어부(900)는 상기 열전소자(100)에 상기 제 1 전류와 반대방향인 제 2 전류를 공급한다.

그리고, 제어부(900)는 상기 모드 선택 명령에 따라, 상기 열전소자(100)의 히트 싱크(500)에 접촉하는 축열 부재(600)를 결정한다. 즉, 상기 제어부(900)는 상기 냉온풍기(10)가 냉풍기 모드로 동작하는 경우, 상기 복수의 제 1 축열 부재 중 어느 하나의 축열 부재가 상기 히트 싱크(500)에 접촉하도록 상기 회전부(700)를 제어한다. 또한, 상기 제어부(900)는 상기 냉온풍기(10)가 온풍기 모드로 동작하는 경우, 상기 복수의 제 2 축열 부재 중 어느 하나의 축열 부재가 상기 히트 싱크(500)에 접촉하도록 상기 회전부(700)를 제어한다.

또한, 상기 제어부(900)는 상기 통신부(800)를 통해 전송되는 특정 축열부의 온도를 계속하여 확인한다(S220). 상기 특정 축열부는, 상기 히트 싱크(500)에 접촉하고 있는 축열부를 의미한다.

그리고, 상기 제어부(900)는 기설정된 임계 값보다 큰지 또는 작은지 여부를 판단한다(S230).

즉, 상기 임계 값은 제 1 축열 부재에 대한 제 1 임계 값과, 상기 제 2 축열 부재에 대한 제 2 임계 값으로 구분될 수 있으며, 각각의 제 1 및 2 임계 값은 해당 축열 부재를 구성하고 있는 상변화물질의 녹는점을 기준으로 설정된다.

이에 따라, 제어부(900)는 상기 히트 싱크(500)에 접촉하고 있는 축열 부재(600)가 제 1 축열 부재이면, 상기 제 1 임계 값과 상기 온도 값을 비교하고, 상기 히트 싱크(500)에 제 2 축열 부재가 접촉하고 있는 경우, 상기 제 2 임계 값과 상기 온도 값을 비교한다.

이후, 제어부(900)는 상기 온도 값이 제 1 임계 값보다 큰 경우, 또는 상기 온도 값이 상기 제 2 임계 값보다 작은 경우, 상기 회전부(700)의 모터를 구동시키고, 그에 따라 상기 히트 싱크(500)에 접촉하고 있는 축열 소재가 교체되도록 한다(S240).

즉, 제어부(900)는 상기 히트 싱크(500)에 제 1 축열 부재(610)가 접촉하고 있는 경우, 상기 제 1 임계 값과 상기 온도 값을 비교하고, 그에 따라 상기 온도 값이 상기 제 1 임계 값보다 크면, 복수의 제 1 축열 부재 내에서, 상기 접촉하는 축열 부재를 교체한다.

또한, 제어부(900)는 상기 히트 싱크(500)에 제 2 축열 부재(620)가 접촉하고 있는 경우, 상기 제 2 임계 값과 상기 온도 값을 비교하고, 그에 따라 상기 온도 값이 상기 제 2 임계 값보다 작으면, 복수의 제 2 축열 부재 내에서, 상기 접촉하는 축열 부재를 교체한다.

또한, 도 17을 참조하면, 제어부(900)는 제 1 축열 부재가 상기 히트 싱크(500)에 접촉하고 있는 경우, 복수의 제 1 축열 부재 중에서 유휴 축열 부재의 온도 센서와 통신을 수행한다(S300).

그리고, 제어부(900)는 상기 유휴 축열 부재의 각각의 온도를 확인한다(S310).

이어서, 제어부(900)는 상기 유휴 축열 부재 중 가장 낮은 온도를 가지는 축열 부재를 확인한다(S320).

그리고, 제어부(900)는 상기 유휴 축열 부재 중 상기 가장 낮은 온도를 가지는 축열 부재가 상기 히트 싱크(500)에 접촉되도록 한다(S330).

물론, 제어부(900)는 상기 제 2 축열 부재가 상기 히트 싱크(500)에 접촉하고 있는 경우, 복수의 제 2 축열 부재 중에서 유휴 축열 부재의 온도 센서와 통신을 수행하고, 그에 따라 가장 높은 온도를 가지는 축열 부재가 상기 히트 싱크(500)와 접촉하도록 상기 회전부(700)를 제어할 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 열전 소자는 발전용 장치, 냉각용 장치, 온열용 장치 등에 작용될 수 있다. 구체적으로는, 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자는 주로 광통신 모듈, 센서, 의료 기기, 측정 기기, 항공 우주 산업, 냉장고, 칠러(chiller), 자동차 통풍 시트, 컵 홀더, 세탁기, 건조기, 와인셀러, 정수기, 센서용 전원 공급 장치, 서모파일(thermopile) 등에 적용될 수 있다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자가 의료 기기에 적용되는 예로, PCR(Polymerase Chain Reaction) 기기가 있다. PCR 기기는 DNA를 증폭하여 DNA의 염기 서열을 결정하기 위한 장비이며, 정밀한 온도 제어가 요구되고, 열 순환(thermal cycle)이 필요한 기기이다. 이를 위하여, 펠티어 기반의 열전 소자가 적용될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 열전 소자가 의료 기기에 적용되는 다른 예로, 광 검출기가 있다. 여기서, 광 검출기는 적외선/자외선 검출기, CCD(Charge Coupled Device) 센서, X-ray 검출기, TTRS(Thermoelectric Thermal Reference Source) 등이 있다. 광 검출기의 냉각(cooling)을 위하여 펠티어 기반의 열전 소자가 적용될 수 있다. 이에 따라, 광 검출기 내부의 온도 상승으로 인한 파장 변화, 출력 저하 및 해상력 저하 등을 방지할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 열전 소자가 의료 기기에 적용되는 또 다른 예로, 면역 분석(immunoassay) 분야, 인비트로 진단(In vitro Diagnostics) 분야, 온도 제어 및 냉각 시스템(general temperature control and cooling systems), 물리 치료 분야, 액상 칠러 시스템, 혈액/플라즈마 온도 제어 분야 등이 있다. 이에 따라, 정밀한 온도 제어가 가능하다.

본 발명의 실시예에 따른 열전 소자가 의료 기기에 적용되는 또 다른 예로, 인공 심장이 있다. 이에 따라, 인공 심장으로 전원을 공급할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 열전 소자가 항공 우주 산업에 적용되는 예로, 별 추적 시스템, 열 이미징 카메라, 적외선/자외선 검출기, CCD 센서, 허블 우주 망원경, TTRS 등이 있다. 이에 따라, 이미지 센서의 온도를 유지할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 열전 소자가 항공 우주 산업에 적용되는 다른 예로, 냉각 장치, 히터, 발전 장치 등이 있다.

이 외에도 본 발명의 실시예에 따른 열전 소자는 기타 산업 분야에 발전, 냉각 및 온열을 위하여 적용될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 열전소자
110: 하부 기판
120: 하부 전극
130: P형 열전 레그
140: N형 열전 레그
150: 상부 전극
160: 상부 기판
200: 전면 커버
300: 후면 커버
400: 팬
500: 히트 싱크
600: 축열 부재
700: 회전부
800: 통신부
900: 제어부

Claims

복수의 축열 부재;
상기 복수의 축열 부재 중 어느 하나의 축열 부재와 접촉하는 열전 소자;
상기 복수의 축열 부재와 결합되며, 회전축을 기준으로 상기 복수의 축열 부재를 회전시키는 회전부;
상기 복수의 축열 부재의 각각의 온도를 측정하는 온도 센서; 및
상기 온도 센서를 통해 측정된 온도 값과 기설정된 임계 값을 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 회전부를 회전시켜 상기 열전 소자와 접촉하는 축열 부재를 변경하는 제어부를 포함하고,
상기 열전 소자는,
하부 기판과,
상기 하부 기판 상에 배치되는 상부 기판과,
상기 하부 기판 및 상기 상부 기판 사이에 배치되는 복수 개의 레그와,
상기 복수 개의 레그와 상기 하부 기판을 연결하는 하부 전극과,
상기 복수 개의 레그와 상기 상부 기판을 연결하는 상부 전극과,
상기 하부 기판과 상기 복수의 축열 부재 중 어느 하나의 축열 부재 사이에 배치되는 열 전달 부재를 포함하는
냉온풍기.
제 1항에 있어서,
상기 상부 기판 위에 배치되는 팬을 더 포함하며,
상기 팬은,
냉풍 모드에서 상기 상부 기판을 통해 발생하는 냉열을 순환시키고,
온풍 모드에서 상기 상부 기판을 통해 발생하는 온열을 순환시키는
냉온풍기.
제 1항에 있어서,
상기 축열 부재는,
냉풍 모드에서 선택적으로 상기 열 전달 부재와 접촉하여 온열을 저장하는 복수의 제 1 축열 부재와,
온풍 모드에서 선택적으로 상기 열 전달 부재와 접촉하여 냉열을 저장하는 복수의 제 2 축열 부재를 포함하는
냉온풍기.
제 3항에 있어서,
상기 복수의 제 1 축열 부재 각각은,
제 1 녹는점을 가지는 제 1 상변화물질을 포함하고,
상기 복수의 제 2 축열 부재 각각은,
상기 제 1 녹는점보다 낮은 제 2 녹는점을 가지는 제 2 상변화물질을 포함하는
냉온풍기.
제 4항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 냉풍 모드에서, 상기 열 전달 부재와 접촉하고 있는 제 1 축열 부재의 온도가 기설정된 제 1 임계 값보다 크면, 유휴 제 1 축열 부재가 상기 열 전달 부재와 접촉하도록 상기 회전부를 제어하고,
온풍 모드에서, 상기 열 전달 부재와 접촉하고 있는 제 2 축열 부재의 온도가 기설정된 제 2 임계 값보다 작으면, 유휴 제 2 축열 부재가 상기 열 전달 부재와 접촉하도록 상기 회전부를 제어하는
냉온풍기.
제 5항에 있어서,
상기 제 1 임계 값은,
상기 제 1 녹는점을 기준으로 설정되고,
상기 제 2 임계 값은,
상기 제 2 녹는점을 기준으로 설정되는
냉온풍기.
제 5항에 있어서,
상기 유휴 제 1 축열 부재는,
상기 복수의 제 1 축열 부재 중 상기 온도 센서를 통해 가장 낮은 온도가 측정된 제 1 축열 부재이며,
상기 유휴 제 2 축열 부재는,
상기 복수의 제 2 축열 부재 중 상기 온도 센서를 통해 가장 높은 온도가 측정된 제 2 축열 부재인
냉온풍기.
열전소자를 이용한 냉온풍기의 동작 방법에 있어서,
상기 냉온풍기의 모드 선택 신호가 수신되는 단계;
상기 수신된 모드 선택 신호를 기준으로 상기 열전소자에 전류를 공급하는 단계;
상기 수신된 모드 선택 신호를 기준으로 복수의 축열 부재 중 어느 하나의 특정 축열 부재를 상기 열전소자와 접촉시키는 단계;
상기 접촉된 특정 축열 부재의 온도를 측정하는 단계; 및
상기 측정된 온도와 기설정된 임계 값을 비교하여, 상기 열전소자와 접촉하는 축열 부재를 다른 축열부재로 변경하는 단계를 포함하는
열전소자를 이용한 냉온풍기의 동작 방법.
제 8항에 있어서,
상기 모드 선택 신호는,
냉풍 모드 선택 신호 및 온풍 모드 선택 신호를 포함하고,
상기 전류를 공급하는 단계는,
상기 냉풍 모드 선택 신호가 수신되면, 상기 열전소자의 상면을 통해 냉열이 발생되도록 제 1 전류를 공급하는 단계와,
상기 온풍 모드 선택 신호가 수신되면, 상기 열전소자의 상면을 통해 온열이 발생되도록 상기 제 1 전류와 반대 방향의 제 2 전류를 공급하는 단계를 포함하는
열전소자를 이용한 냉온풍기의 동작 방법.
제 9항에 있어서,
상기 열전소자와 접촉한 상기 특정 축열 부재는,
상기 열전소자에 상기 제 1 전류가 공급됨에 따라 상기 열전소자의 하면을 통해 전달되는 온열을 저장하고,
상기 열전소자에 상기 제 2 전류가 공급됨에 따라 상기 열전소자의 하면을 통해 전달되는 냉열을 저장하는
열전소자를 이용한 냉온풍기의 동작 방법.