KR20170046004A - 용기수용장치 - Google Patents

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KR20170046004A
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thermoelectric module
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container
expansion
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KR1020150146250A
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신종배
강종현
김인태
원부운
임수찬
정성혁
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예는 냉, 온 작용이 가능한 음료보관장비에 대한 것으로, 내부에 용기 수용부가 마련되는 용기수용부재와, 상기 용기수용부재의 외부면에 배치되며, 열변환효과를 인가하는 열전모듈을 수용하는 수용유닛과, 상기 수용유닛의 하부에 결합되며, 케이스부재 내측에서 외측으로 확장되어 상기 수용유닛을 고정 지지하는 확장유닛 및 상기 수용유닛을 장착하며, 외측에서 상기 열전모듈의 제어를 수행하는 순환제어모듈를 포함하는 하우징유닛을 포함하는 용기 수용장치를 제공할 수 있도록 한다.

Description

용기수용장치{Cup holder using a thermoelectric module}
본 발명의 실시예는 냉, 온 작용이 가능한 음료보관장비에 대한 것이다.
종래의 차량이나 특정 장소에 장착되는 컵 홀더는 차량의 움직임에 의해 컵에 담기 내용물이 쏟아지는 것을 방지하기 위해 단지 컵을 고정시키는 역할만을 수행하여 왔기 때문에, 컵 또는 캔등에 담기 내용물을 차갑게 하거나 또는 뜨겁게 하여 먹을 수는 없다는 문제점이 있다.
이러한 종래의 컵 홀더의 문제점을 해결하기 위하여 냉·온방이 가능한 컵 홀더가 개발되고 있지만, 컵 홀더 내부의 온도를 다양한 온도로 용이하게 제어할 수 없다는 문제점이 있으며 또한, 냉방모드와 온방모드가 동시에 이루어질 수 없다는 문제점이 있다.
이에 열전소자 이용한 컵홀더가 개발되었으나, 기존 컵홀더의 경우 제조 단계에서 장착하는 일체형(built-in) 구조로 탈부착이 용이하지 않는 단점이 있다.
또한, 차량에 설치되는 경우, 차종에 따라 컵홀더를 장착할 수 있는 사이즈가 달라 일체형으로 제작되는 경우를 제외하고는 그 사용범위가 극히 제한되는 문제가 발생하게 된다.
본 발명의 실시예는 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특히 열전모듈의 흡열 또는 발열기능을 이용하여 음료를 수용하는 용기에 냉온 기능을 제공할 수 있으며, 다양한 개소에 장착이 가능한 구조의 용기 수용장치를 제공할 수 있도록 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시예에서는 내부에 용기 수용부가 마련되는 용기수용부재와, 상기 용기수용부재의 외부면에 배치되며, 열변환효과를 인가하는 열전모듈을 수용하는 수용유닛과, 상기 수용유닛의 하부에 결합되며, 케이스부재 내측에서 외측으로 확장되어 상기 수용유닛을 고정 지지하는 확장유닛 및 상기 수용유닛을 장착하며, 외측에서 상기 열전모듈의 제어를 수행하는 순환제어모듈를 포함하는 하우징유닛을 포함하는 용기 수용장치를 제공할 수 있도록 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열전모듈의 흡열 또는 발열기능을 이용하여 음료를 수용하는 용기에 냉온 기능을 제공할 수 있으며, 다양한 개소에 장착이 가능한 구조의 용기 수용장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.
특히, 용기수용부재의 직경과는 무관하게 다양한 설치 홀에 맞게 확장이 가능한 확장유닛을 장착하여 범용성이 확보되며, 탄성부재를 이용하여 안정적인 고정력을 구현할 수 있는 효과도 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 용기 수용장치를 차량에 적용하는 경우, 차량에 구비되는 컵홀더 개소에 분리형으로 착탈식 장착이 가능한 구조의 차량용 컵홀더를 제공하여 사용의 편의성을 높일 수 있음과 동시에, 다양한 사이즈의 프레임을 결합할 수 있도록 하여, 기존 차량에 존재하는 컵홀더에 용이하게 장착할 수 있도록 삽입 직경을 변경하여 구현할 수 있도록 함으로써, 다양한 차종에 적용 가능하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 용기수용부에 발열 또는 흡열을 구현하는 열전소자를 시트형 적층구조로 구현함으로써, 열전도도를 낮추며 전기전도도를 상승시켜, 냉각용량(Qc) 및 온도변화율(ΔT)가 현저하게 향상함은 물론, 보다 슬림한 구조의 컵홀더를 구현할 수 있어 공간효율을 높일 수 있는 효과도 있다.
특히, 적층구조의 단위부재 사이에 전도성패턴층을 포함시켜 전기전도도를 극대화할 수 있으며, 전체적인 벌크타입의 열전소자에 비해 현저하게 두께가 박형화되어, 공간활용성을 극대화할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용기수용장치의 수용유닛의 사시도이며, 도 2는 도 1의 분해사시도이다.
도 3은 도 2의 구조에서, 수용유닛의 분해 사시도를 도시한 것이고, 도 4는 도 3의 결합 사시도를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 확장유닛의 분해 사시도이며, 도 6은 도 5의 결합도이다.
도 7은 도 2에서 도시된 본 장치의 하우징유닛의 구조를 도시한 분해 사시도이며, 도 8은 도 7의 결합도이다.
도 9는 상기 하우징유닛에 수용유닛이 결합하는 상태도면이며, 도 10은 도 9의 결합구조에 본 장치의 확장유닛이 결합하는 상태도면이다.
도 11은 도 2의 구조에서 상술한 본 발명의 실시예에 따른 용기수용장치에 적용되는 열전모듈의 일반적인 구조를 도시한 것이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 열전소자의 제조 공정의 다른 실시예를 도시한 것이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용기수용장치의 수용유닛의 사시도이며, 도 2는 도 1의 분해사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 용기수용장치는 내부에 용기 수용부가 마련되는 용기수용부재(210)와, 상기 용기수용부재(210)의 외부면에 배치되며, 열변환효과를 인가하는 열전모듈(100)을 수용하는 수용유닛(200), 그리고 상기 수용유닛(200)의 하부에 결합되며, 케이스부재(310) 내측에서 외측으로 확장되어 상기 수용유닛(200)을 고정 지지하는 확장유닛(300) 및 상기 수용유닛을 장착하며, 외측에서 상기 열전모듈(100)의 제어를 수행하는 순환제어모듈를 포함하는 하우징유닛(400)을 포함하여 구성될 수 있다.
상술한 구조를 통해, 본 발명의 실시예에 따른 용기수용장치(이하, '본 장치'라 한다.)는 열전모듈을 이용하여 냉온열기능을 구현할 수 있는 컵홀더 구조를 구현하되, 특히 설치 개소의 직경과는 무관하게 다양한 설치 홀에 맞게 확장이 가능한 확장유닛을 장착하여 범용성이 확보되며, 탄성부재를 이용하여 안정적인 고정력을 구현할 수 있도록 한다.
도 3은 도 2의 구조에서, 수용유닛(200)의 분해 사시도를 도시한 것이고, 도 4는 도 3의 결합 사시도를 도시한 것이다. 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 수용유닛의 구조를 설명하기로 한다.
상기 수용유닛(200)은 열전모듈(100)에서 구현되는 열전환효과를 전달 받을 수 있는 용기수용부재(210)이 중심부가 중공된 형태로 구현되어 배치된다. 상기 용기수용부재(210)은 내부가 비어 있는 형태의 수용부가 마련되며, 추후 사용자가 마시는 컵이나 음료 등을 상기 수용부 내부에 삽입하여 냉,온열의 효과가 구현될 수 있게 한다. 이를 위해, 상기 용기수용부재(210)은 열전달 효율이 좋은 금속재, 합금재, 합성수지재를 적용할 수 있으며, 본 실시예에서는 상기 용기수용부재(210)을 Al재질로 구현하는 것을 예로 하여 설명하기로 한다.
상기 용기수용부재(210)의 외부 표면은 곡률을 가지는 원통형 구조로 구현되며, 일부 영역에는 평판형 영역이 구현되어 열전모듈의 장착될 수 있도록 하는 열전모듈 안착부(215)가 마련될 수 있도록 한다. 즉, 상기 용기수용부재의 측면에는 평판상의 열전모듈 안착부(215)가 마련되며, 여기에 열전모듈(100)의 발열부나 흡열부가 밀착하여 배치될 수 있다. 열전효율의 특성을 높이기 위해, 상기 열전모듈 안착부(215)에 열전도성 그리스(thermal grease)를 이용해 상기 열전모듈(100)을 안착할 수 있다. 나아가, 상기 열전모듈 안착부(215)에 안착되는 상기 열전모듈의 외주면에 장착되는 제1단열부재(230)이 배치될 수 있도록해, 외부로의 열손실을 방지할 수 있다. 상기 제1단열부재(230)은 중심부가 열전모듈의 외각 형상에 맞게 홀영역이 형성되며, 열전모듈을 내측 홀영역에 끼우는 구조로 결합되며, 상기 열전모듈 안착부(215)에 장착될 수 있다. 나아가, 상기 열전모듈(100)의 방열효율을 높이기 위해, 상기 열전모듈의 기판 상에 히트싱크(190)가 추가로 부착될 수도 있다.
나아가, 상기 수용유닛(200)은 상기 용기수용부재(210)의 외표면의 단열을 위해 제2단열부재(220)을 더 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 제2단열부재(220)은 도 3 및 도 4에 도시된 것과 같이, 상기 용기수용부재(210)의 외부 표면 전체를 둘러싸는 구조로 배치되며, 상기 제1단열부재(230)의 양측단과 맞닿게 구현할 수 있다.
본 장치는 기능적으로 음료나 컵 등의 액체를 수용하는 용기를 상기 용기수용부재(210)의 수용부에 삽입하여 냉온을 가열하는 작용을 하게 되며, 차량이나 의자 등 본 장치를 장착을 위해서는 상기 용기수용부재의 원통형 직경에 부합하는 장착개소가 존재하여야 한다.
이를 테면, 차량에 설치되는 경우에 상기 용기수용부재(210)의 원통형상의 직경보다 약간 큰 장착홈에 설치되어 있어야 한다. 그러나 이러한 장착홈이 상기 용기수용부재(210)의 직경보다 지나치게 큰 경우에는 장착은 가능하나 상기 용기수용부재(210) 자체가 흔들려 음료가 넘치거나 넘어기제 된느 문제가 발생한다. 이를 위해, 본 장치는 장착개소의 공간에 범용적으로 적용이 가능할 수 있도록 하기 위해, 상기 용기수용부재(210)의 하부에 결합하여 고정력을 구현할 수 있는 확장유닛(300)을 더 포함하여 구성될 수 있도록 한다.
도 5는 이러한 확장유닛(300)의 분해 사시도이며, 도 6은 도 5의 결합도이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 본 장치의 상기 확장유닛(300)은 상기 용기수용부재의 하측에 결합하며, 내부로 연통되는 확장슬롯(311, 312)이 구비된 케이스부재(310) 및 상기 케이스부재(310)의 확장슬롯(311, 312)을 경유하여 상기 케이스부재(310) 내로 인입되는 구조로 마련되는 스토퍼부재(320)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 5의 도시된 구조에서는 상기 스토퍼부재(320)이 한 쌍이 마련된 것을 예시하여 설명하나, 스토퍼부재의 개수는 적어도 하나 이상 다양하게 마련될 수 있다.
또한, 상기 스토퍼부재(320)은 상기 케이스부재(310)의 외벽에 형성된 관통형 홀 구조의 확장슬롯(311, 312)의 내부로 슬라이딩되어 인입이 가능한 구조로 구현되며, 구체적으로는, 케이스부재(310)의 외부에서 내측으로 삽입되며, 외주면에 스토퍼패턴(326)이 형성되는 제1부재(322)와 상기 제1부재(326)의 말단에 형성되는 상기 확장슬롯의 외경보다 큰 제2부재(324)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1부재(322)는 상기 케이스부재(310)의 내부로 삽입되거나 인출되기 쉬운 바타입의 구조물로 구현될 수 있으며, 그 측면에는 톱니 모양의 돌출형 스토퍼패턴(326)이 다수 구현될 수 있다. 나아가, 상기 제2부재(324)는 상기 제1부재(322)가 상기 케이스부재(310)의 내부로 삽입되는 경우, 케이스부재의 외벽면에 걸릴 수 있도록 확장슬롯(311, 312)보다 큰 구조물로 구현될 수 있다.
상기 제1부재(322)는 도 5에 도시된 것과 같이 한 쌍이 마련될 수 있으며, 상기 케이스부재(310)의 외측에서 내부로 삽입되는 구조로 작동하며, 스토퍼패턴(326)은 상기 케이스부재(310)의 내부에 안착되는 한 쌍의 기어부재(340)에 각각 맞물리는 구조로 구현될 수 있다. 또한, 상기 제1부재(322)의 측표면에는 스프링과 같은 탄성부재(350)이 장착되어, 일정한 깊이로 삽입되어 기어부재(340)에 맞물려 상기 제1부재가 일시적으로 고정된 상태를 유지하게 되는 경우, 외력에 의해 상기 제2부재(324)의 표면을 압박하는 경우, 일정한 탄성복원을 유지할 수 있도록 한다.
즉, 본 장치의 상기 확장유닛(300)은 도 6에 도시된 것과 같이, 스토퍼부재가 케이스(310)의 내부로 완전히 삽입된 구조로 결합된 상태로 유지하다가, 본 장치를 차량의 장착부에 장착하는 경우, 장착부의 홀직경이 상대적으로 상술한 용기수용부재의 직경보다 크게 되는 경우, 상기 스토퍼부재(320)의 제2부재(324)를 양쪽으로 잡아 당혀 외부 장착부의 외표면에 접촉할 수 있도록 해, 안정적으로 본 장치의 수용유닛이 고정될 수 있도록 한다. 또한, 차량과 같이 흔들림이 많은 장착 개소에 장착하는 경우라도, 상술한 탄성부재(350)의 작용에 의해 일정한 완충력을 구현하게 되는바, 흔들림이 발생해도 내부의 내용물이 넘치지 않도록 할 수 있는 장점이 구현된다.
아울러, 도 5 및 도 6에 도시된 것과 같이, 상기 케이스부재(310)의 상부 표면은 보호커버(350)가 덮는 구조로 고정부재(352, 354)를 통해 고정되며, 도 6과 같은 상태로 도 3에서 상술한 용기수용부재의 하부에 결합하게 된다. 이러한 결합 과정은 상기 케이스부재(310)의 상측 내표면에 나사산이나 고정용 결합구조물을 형성하여 원통형 구조물인 용기수용부재의 하부에 회전을 통해 나사결합하거나 끼움결합할 수 있도록 한다. 이러한 결합형태는 공지의 결합구조물을 다양하게 구현할 수 있음은 물론이다.
도 7은 도 2에서 도시된 본 장치의 하우징유닛(400)의 구조를 도시한 분해 사시도이며, 도 8은 도 7의 결합도이다. 도 9는 상기 하우징유닛(400)에 수용유닛(200)이 결합하는 상태도면이며, 도 10은 도 9의 결합구조에 본 장치의 확장유닛이 결합하는 상태도면이다.
도 7 내지 도 10을 참조하면, 본 장치의 하우징유닛(400)은 도 7에 도시된 것과 같이, 상술한 본 장치의 수용유닛을 장착할 수 있도록 하는 외부케이스(410)을 구비하며, 상기 외부케이스 내측에는, 상기 열전모듈의 제어를 수행하는 순환제어모듈(420)를 포함하여 구성될 수 있다.
특히, 상기 외부케이스(410)은 상부와 하부에 도 3에서의 수용유닛이 삽입되어 고정될 수 있도록 하는 상부 지지부(415)와 하부에는 상기 수용유닛을 하측에서 지지하는 하부 지지부(415)가 배치될 수 있다.
상기 순환제어모듈(420)은 열전모듈에 전원을 인가하고 송풍팬(430)을 구동하는 신호를 제어하는 제어부(미도시)를 다수의 수동소자 또는 능동소자를 포함하는 회로기판의 형태로 구현할 수 있다. 상기 송풍팬(430)은 상기 외부케이스(410)의 내측에 배치되며, 추후 수용유닛과 결합시 열전모듈의 대향하는 위치에 배치되어, 외부에서 유닛된 공기를 상기 열전모듈의 히트싱크 상으로 유도하는 기능을 수행함과 동시에, 장치 내부로 공기를 순환할 수 있도록 한다. 나아가, 상기 외부 케이스에는 적어도 1 이상의 개소에 순환제어모듈의 제어 스위치(442, 444;440)를 포함하여 제어의 편의성을 도모할 수 있도록 한다.
또한, 상기 하부 지지부(415) 상에는 단열을 위한 단열부재(450)과 열전도성 부재로 구현되는 용기받침플레이트(460)를 더 포함하여 구성될 수 있도록 해, 본 장치의 단열특성을 높일 수 있도록 함과 동시에, 열전모듈의 열전환효과를 효율적으로 용기수용부재에 전달할 수 있도록 한다.
도 8의 구조와 같이 결합구조로 구현되는 상술한 하우징유닛(400)은 도 9에 도시된 것과 같이, 본 장치의 수용유닛(200)이 결합하게 되며, 도 10에 도시된 것과 같이, 상기 수용유닛(200)의 하부에 상술한 확장유닛(300)이 결합하게 된다. 이 경우, 상술한 수용유닛의 외부를 보호하기 위해 보호케이스(10)을 추가로 구비할 수도 있다.
이상과 같은 본 발명의 실시예에 따른 용기 수용장치는 차량이나 극장의 좌석의자, 회의실의 회의용 테이블의 음료수용공간 등 다양한 장소나 개소에 구비될 수 있으며, 분리형으로 착탈식 장착이 가능한 구조의 홀더를 제공하여 사용의 편의성을 높일 수 있음과 동시에, 다양한 사이즈의 프레임을 결합할 수 있도록 하여, 기존에 존재하는 컵홀더에 용이하게 장착할 수 있도록 삽입 직경을 변경하여 구현할 수 있도록 하는 범용성을 발휘할 수 있게 된다.
도 11은 도 2의 구조에서 상술한 본 발명의 실시예에 따른 용기수용장치에 적용되는 열전모듈의 일반적인 구조를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 열전 반도체소자(이하, '열전소자'라 한다.)를 포함하는 열전모듈은 상호 대향하는 제1기판(140) 및 제2기판(150)과 상기 제1기판(140) 및 제2기판(150) 사이에 제1반도체소자(120)와 전기적으로 연결되는 제2반도체소자(130)를 포함하는 단위셀을 적어도 1 이상 포함하는 구조로 형성될 수 있다. 이 경우 상기 제1기판(140) 및 상기 제2기판(150)은 냉각용 열전모듈의 경우 통상 절연기판, 이를테면 알루미나 기판을 사용할 수 있으며, 또는 본 발명의 실시형태의 경우 금속기판을 사용하여 방열효율 및 박형화를 구현할 수 있도록 할 수 있다. 도 2의 구조에서는 상기 제1기판(140) 및 상기 제2기판(150)의 표면과 용기수용부의 표면이 접촉하도록 배치될 수 있다.
또한, 상술한 상기 제1기판(140) 및 상기 제2기판(150)을 금속기판으로 형성하는 경우에는 도 3에 도시된 것과 같이 제1기판 및 제2기판(140, 150)에 형성되는 전극층(160a, 160b)과의 사이에 유전체층(170a, 170b)를 더 포함하여 형성됨이 바람직하다. 금속기판의 경우, Cu 또는 Cu 합금을 적용할 수 있으며, 박형화가 가능한 두께는 0.1mm~0.5mm 범위로 형성이 가능하다. 이 경우 금속기판의 두께가 0.1mm 보나 얇은 경우나 0.5mm를 초과하는 두께에서는 방열 특성이 지나치게 높거나 열전도율이 너무 높아 열전모듈의 신뢰성이 크게 저하되게 된다.
또한, 상기 유전체층(170a, 170b)의 경우 고방열 성능을 가지는 유전소재로서 냉각용 열전모듈의 열전도도를 고려하면 5~10W/K의 열전도도를 가지는 물질을 사용하며, 두께는 0.01mm~0.15mm의 범위에서 형성될 수 있다.이 경우, 두께가 0.01mm 미만에서는 절연효율(혹은 내전압 특성)이 크게 저하되며, 0.15mm를 초과하는 경우에는 열전전도도가 낮아져 방열효율이 떨어지게 된다.
상기 전극층(160a, 160b)은 Cu, Ag, Ni 등의 전극재료를 이용하여 제1반도체 소자 및 제2반도체 소자를 전기적으로 연결하게 된다. 상기 전극층의 두께는 0.01mm~0.3mm의 범위에서 형성될 수 있다. 전극층의두께가 0.01mm 미만에서는 전극으로서 기능이 떨어져 전기 전도율이 불량하게 되며, 0.3mm를 초과하는 경우에도 저항의 증가로 전도효율이 낮아지게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 열전모듈의 경우, 도 3의 구조의 열전소자를 형성함에 있어서, 다음과 같은 도 12와 같이 적층형 시트형 구조로 구현하는 경우, 더욱 슬림한 구조로 구현할 수 있게 되여, 음료보관용기의 크기를 더욱 슬림하게 구현할 수 있게 된다. 도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 단위 열전소자는 기본적으로 벌크(Bulk) 타입의 제조공정과는 달리, 다층으로 적층되는 구조를 가지는 구조물로 구현할 수 있다. 이러한 단위 열전소자를 제조하는 공정은 반도체 소재 물질을 포함하는 재료를 페이스트 형태로 제작하고, 시트, 필름 등의 기재(111) 상에 페이스트를 도포하여 반도체층(112)을 형성하여 하나의 단위부재(110)를 형성한다. 상기 단위부재(110)는 도 12에 도시된 것과 같이 다수의 단위부재(100a, 100b, 100c)를 적층하여 적층구조물을 형성하고, 이후 적층구조물을 절단하여 단위소자(120)를 형성한다. 즉, 본 발명에 따른 단위소자(120)은 기재(111) 상에 반도체 층(112)가 적층된 단위부재(110)이 다수가 적층된 구조물로 형성될 수 있다.
상술한 공정에서 기재(111) 상에 반도체 페이스트를 도포하는 공정은 다양한 방법을 이용하여 구현될 수 있으며, 일예로는 테이프캐스팅(Tape casting), 즉 매우 미세한 반도체 소재 분말을 수계 또는 비수계 용매(solvent)와 결합제(binder), 가소제(plasticizer), 분산제(dispersant), 소포제(defoamer), 계면활성제 중 선택되는 어느 하나를 혼합하여 슬러리(slurry)를 제조한 후 움직이는 칼날(blade)또는 움직이는 운반 기재위에 일정한 두께로 목적하는 바에 따라서 성형하는 공정으로 구현될 수 있다. 이 경우 상기 기재의 두께는 10um~100um의 범위의 필름, 시트 등의 자재를 사용할 수 있으며, 도포되는 반도체소재는 P 형 반도체 또는 N 형 반도체 재료를 적용할 수 있다. 이러한 P 형 반도체 또는 N 형 반도체 재료는 상기 N형 반도체소자는, 셀레늄(Se), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무트(Bi), 인듐(In)을 포함한 비스무트텔룰라이드계(BiTe계)로 이루어지는 주원료물질과, 상기 주원료물질의 전체 중량의 0.001~1.0wt%에 해당하는 Bi 또는 Te이 혼합된 혼합물을 이용하여 형성할 수 있다. 이를테면, 상기 주원료물질은 Bi-Se-Te 물질로 하고, 여기에 Bi 또는 Te를 Bi-Se-Te 전체 중량의 00.001~1.0wt%에 해당하는 중량을 더 추가하여 형성할 수 있다.즉, Bi-Se-Te의 중량이 100g이 투입되는 경우, 추가로 혼합되는 Bi 또는 Te는 0.001g~1.0g의 범위에서 투입하는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 상술한 주원료물질에 추가되는 물질의 중량범위는 0.001wt%~0.1wt% 범위 외에서는 열전도도가 낮아지지 않고 전기전도도는 하락하여 ZT값의 향상을 기대할 수 없다는 점에서 의의를 가진다.
상기 P형 반도체 재료는, 안티몬(Sb), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga), 텔루륨(Te), 비스무트(Bi), 인듐(In)을 포함한 비스무트텔룰라이드계(BiTe계)로 이루어지는 주원료물질과, 상기 주원료물질의 전체 중량의 0.001~1.0wt%에 해당하는 Bi 또는 Te이 혼합된 혼합물을 이용하여 형성함이 바람직하다. 이를 테면, 상기 주원료물질은 Bi-Sb-Te 물질로 하고, 여기에 Bi 또는 Te를 Bi-Sb-Te 전체 중량의 0.001~1.0wt%에 해당하는 중량을 더 추가하여 형성할 수 있다. 즉, Bi-Sb-Te의 중량이 100g이 투입되는 경우, 추가로 혼합되는 Bi 또는 Te는 0.001g~1g의 범위에서 투입될 수 있다. 상술한 주원료물질에 추가되는 물질의 중량범위는 0.001wt%~0.1wt% 범위 외에서는 열전도도가 낮아지지 않고 전기전도도는 하락하여 ZT값의 향상을 기대할 수 없다는 점에서 의의를 가진다.
또한, 상기 단위부재(110)을 다층으로 어라인하여 적층하는 공정은 50℃~250℃의 온도로 압착하여 적층구조로 형성할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 이러한 단위부재(110)의 적층 수는 2~50개의 범위에서 이루어질 수 있다. 이후, 원하는 형태와 사이즈로 커팅공정이 이루어질 수 있으며, 소결공정이 추가될 수 있다.
상술한 공정에 따라 제조되는 단위부재(110)이 다수 적층되어 형성되는 단위소자는 두께 및 형상 사이즈의 균일성을 확보할 수 있다. 즉, 기존의 벌크(Bulk) 형상의 열전소자는 잉곳분쇄, 미세화 볼-밀(ball-mill) 공정 후, 소결한 벌크구조를 커팅하게 되는바, 커팅공정에서 소실되는 재료가 많음은 물론, 균일한 크기로 절단하기도 어려우며, 두께가 3mm~5mm 정도로 두꺼워 박형화가 어려운 문제가 있었으나, 본 발명의 실시형태에 따른 적층형 구조의 단위소자는, 시트형상의 단위부재를 다층 적층한 후, 시트 적층물을 절단하게 되는바, 재료 손실이 거의 없으며, 소재가 균일한 두께를 가지는바 소재의 균일성을 확보할 수 있으며, 전체 단위소자의 두께도 1.5mm 이하로 박형화가 가능하게 되며, 다양한 형상으로 적용이 가능하게 된다.
특히, 본 발명의 실시형태에 따른 단위소자의 제조공정에서, 단위부재(110)의 적층구조를 형성하는 공정 중에 각 단위부재(110)의 표면에 전도성층을 형성하는 공정을 더 포함하여 구현될 수 있도록 할 수 있다. 즉, 도 12의 (c)의 적층구조물의 단위부재의 사이 사이에 도 13의 구조와 같은 전도성층을 형성할 수 있다. 상기 전도성층은 반도체층이 형성되는 기재면의 반대면에 형성될 수 있으며, 이 경우 단위부재의 표면이 노출되는 영역이 형성되도록 패턴화된 층으로 구성할 수 있다. 이는 전면 도포되는 경우에 비하여 전기전도도를 높일 수 있음과 동시에 각 단위부재간의 접합력을 향상시킬 수 있게 되며, 열전도도를 낮추는 장점을 구현할 수 있게 된다.
즉, 도 13에 도시된 것은 본 발명의 실시형태에 따른 전도성층(C)의 다양한 변형예를 도시한 것으로, 단위부재의 표면이 노출되는 패턴이라 함은 도 13의 (a),(b)에 도시된 것과 같이, 폐쇄형 개구패턴(c1, c2)을 포함하는 메쉬타입 구조 또는 도 13의 (c), (d)에 도시된 것과 같이, 개방형 개구패턴(c3, c4)을 포함하는 라인타입 등으로 다양하게 변형하여 설계될 수 있다. 이상의 전도성층은 단위부재의 적층구조로 형성되는 단위소자의 내부에서 각 단위부재간의 접착력을 높이는 것은 물론, 단위부재간 열전도도를 낮추며, 전기전도도는 향상시킬 수 있게 하는 장점이 구현되며, 종래 벌크형 열전소자 대비 냉각용량(Qc) 및 ΔT(℃) 가 개선되며, 특히 파워 팩터(Power factor)가 1.5배, 즉 전기전도도가 1.5배 상승하게 된다. 전기전도도의 상승은 열전효율의 향상과 직결되는바, 냉각효율을 증진하게 된다.
상기 전도성층은 금속물질로 형성할 수 있으며, Cu, Ag, Ni 등의 재질의 금속계열의 전극물질은 모두 적용이 가능하다.
도 12 및 도 13의 구조의 열전소자를 본 발명의 실시예에 따른 차량용 음료수용장치에 적용하는 경우 열전효율을 높일 수 있음과 동시에 전체적인 장치의 크기를 원하는 크기로 용이하게 줄이거나 늘릴 수 있는 디자인의 자유도가 확보될 수 있게 된다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 열전모듈
200: 수용유닛
300: 확장유닛
400: 하우징유닛

Claims (10)

  1. 내부에 용기 수용부가 마련되는 용기수용부재와, 상기 용기수용부재의 외부면에 배치되며, 열변환효과를 인가하는 열전모듈을 수용하는 수용유닛;
    상기 수용유닛의 하부에 결합되며, 케이스부재 내측에서 외측으로 확장되어 상기 수용유닛을 고정 지지하는 확장유닛; 및
    상기 수용유닛을 장착하며, 외측에서 상기 열전모듈의 제어를 수행하는 순환제어모듈를 포함하는 하우징유닛;
    을 포함하는 용기 수용장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 확장유닛은,
    상기 용기수용부재의 하측에 결합하며, 내부로 연통되는 확장슬롯이 구비된 케이스부재; 및
    상기 케이스부재의 확장슬롯을 경유하여 상기 케이스부재 내로 인입되는 구조로 마련되는 스토퍼부재;
    를 포함하는 용기 수용장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 스토퍼부재는,
    상기 케이스부재의 외부에서 내측으로 삽입되며, 외주면에 스토퍼패턴이 형성되는 제1부재;와
    상기 제1부재의 말단에 형성되는 상기 확장슬롯의 외경보다 큰 제2부재;
    를 포함하는 용기 수용장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 확장유닛은,
    상기 제1부재의 내측에 장착되어 상기 케이스부재 내의 고정패턴에 접촉하여 상기 제1부재에 탄성복원력을 인가하는 탄성부재;
    를 더 포함하는 용기 수용장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 확장유닛의 내측에 배치되며, 상기 스토퍼패턴과 맞물리는 기어부재;를 더 포함하는 용기 수용장치.
  6. 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스토퍼 부재는 한 쌍으로 구성되는 용기 수용장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 순환제어모듈은,
    상기 열전모듈 상의 발열부에 대향하는 위치에 배치되는 송풍팬;
    상기 송풍팬 및 열전모듈의 전원 인가를 제어하는 제어부;
    를 포함하는 용기 수용장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 용기수용부재의 측면에 평판상의 열전모듈 안착부;가 마련되며,
    상기 열전모듈 안착부에 안착되는 상기 열전모듈의 외주면에 장착되는 제1단열부재;
    를 더 포함하는 용기 수용장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1단열부재의 외주면 및 상기 열전모듈의 발열부의 기판 상에 배치되는 히트싱크;
    를 더 포함하는 용기 수용장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 순환제어모듈을 수용하는 외부 케이스;와
    상기 외부 케이스의 적어도 1 이상의 개소에 배치되는 상기 제어모듈의 제어 스위치;를 포함하는 용기 수용장치.
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