KR20210001020A - Thermoelectric device and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR20210001020A KR1020190076418A KR20190076418A KR20210001020A KR 20210001020 A KR20210001020 A KR 20210001020A KR 1020190076418 A KR1020190076418 A KR 1020190076418A KR 20190076418 A KR20190076418 A KR 20190076418A KR 20210001020 A KR20210001020 A KR 20210001020A
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Abstract

According to the present invention, a thermoelectric device includes: an insulating substrate; a plurality of first electrodes disposed on the substrate; a plurality of thermoelectric pellets disposed on the plurality of first electrodes; a bonding material connecting the thermoelectric pellet to the first electrode; and a plurality of second electrodes disposed on the plurality of thermoelectric pellets and connecting the plurality of thermoelectric pellets in series. The thermoelectric device improves areas exposed to a high temperature.

Description

열전소자 및 그 제조방법{THERMOELECTRIC DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Thermoelectric device and its manufacturing method {THERMOELECTRIC DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 열전소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thermoelectric device and a method of manufacturing the same.

열전 현상(thermoelectric effect)은 열과 전기 사이의 가역적인 직접적인 에너지 변환을 의미한다. 이는 재료 내부의 전자(electron)와 정공(hole)의 이동에 의해 발생하는 현상으로, 외부로부터 인가된 전류에 의해 형성된 양단의 온도차를 이용하여 냉각분야에 응용하는 펠티어 효과(Peltier effect)와 재료 양단의 온도차로부터 발생하는 기전력을 이용하여 발전분야에 응용하는 제벡효과(Seebeck effect)로 구분된다. Thermoelectric effect refers to the reversible direct energy conversion between heat and electricity. This is a phenomenon caused by the movement of electrons and holes inside the material, and the Peltier effect applied to the cooling field and the both ends of the material by using the temperature difference between both ends formed by the current applied from the outside. It is classified into the Seebeck effect applied to the power generation field by using the electromotive force generated from the temperature difference of.

최근 에너지 관련 자원의 원가가 급등하고 환경오염이 심해지는 등의 문제를 해결하기 위하여 열전소자(thermoelectric element) 및 열전 모듈(thermoelectric module)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이들은 폐열발전 등의 열전발전이나 능동 냉각에 적용되고 있다.Recently, in order to solve problems such as an increase in the cost of energy-related resources and an increase in environmental pollution, research on a thermoelectric element and a thermoelectric module is being actively conducted. These are applied to thermoelectric power generation such as waste heat power generation or active cooling.

이러한 열전소자에서 열전현상을 일으키는 소재와 각 전극을 연결하기 위해, 접합재를 이용할 수 있다. 그러나 일반적으로 사용되는 접합재의 경우, 고온이 발생할 때, 다량의 열에 의해 파손될 수 있다는 문제점을 가지고 있다. In order to connect each electrode with a material causing a thermoelectric phenomenon in such a thermoelectric device, a bonding material may be used. However, in the case of a commonly used bonding material, when high temperature occurs, it has a problem that it may be damaged by a large amount of heat.

본 발명은 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 고온에 노출되는 부위를 개선한 열전소자와 그 제조방법을 제공한다.The present invention has been conceived to solve such problems, and provides a thermoelectric device and a method of manufacturing the same, with improved areas exposed to high temperatures.

본 발명의 실시예에 따른 열전소자는, 절연성의 기판; 상기 기판 상에 배치되는 복수의 제1 전극; 상기 복수의 제1 전극 상에 배치되는 복수의 열전펠렛; 상기 열전펠렛을 상기 제1 전극과 연결하는 접합재; 및 상기 복수의 열전펠렛 상에 배치되어, 상기 복수의 열전펠렛을 직렬로 연결하는 복수의 제2 전극을 포함한다.A thermoelectric device according to an embodiment of the present invention includes an insulating substrate; A plurality of first electrodes disposed on the substrate; A plurality of thermoelectric pellets disposed on the plurality of first electrodes; A bonding material connecting the thermoelectric pellet to the first electrode; And a plurality of second electrodes disposed on the plurality of thermoelectric pellets and connecting the plurality of thermoelectric pellets in series.

본 발명의 실시예에 따른 열전소자 제조방법은, 절연성의 기판 상의 복수의 제1 전극과, 복수의 열전펠렛을 접합재를 이용해 접합시켜서 1차 모듈을 형성하는 단계; 상기 1차 모듈의 일부를, 상변화재가 담긴 용기에 침지시키는 단계; 상기 1차 모듈의 나머지 일부에, 전극 형상 구조체를 조립하는 단계; 상기 1차 모듈과 상기 전극 형상 구조체의 상면에, 상기 복수의 열전펠렛을 직렬로 연결하는 복수의 제2 전극을 형성하는 단계; 및 상기 제2 전극을 형성함으로써 형성된 열전소자를 상기 용기로부터 빼내는 단계를 포함하고, 상기 전극 형상 구조체는, 상기 복수의 제2 전극들 중 서로 인접한 제2 전극들을 서로 구분하는 복수의 전극분리벽을 구비한다.A method for manufacturing a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention includes forming a primary module by bonding a plurality of first electrodes and a plurality of thermoelectric pellets on an insulating substrate using a bonding material; Immersing a part of the primary module in a container containing a phase change material; Assembling an electrode-shaped structure to the remaining part of the primary module; Forming a plurality of second electrodes connecting the plurality of thermoelectric pellets in series on an upper surface of the primary module and the electrode-shaped structure; And removing the thermoelectric element formed by forming the second electrode from the container, wherein the electrode-shaped structure includes a plurality of electrode separation walls separating adjacent second electrodes among the plurality of second electrodes from each other. Equipped.

이에 따라, 고온에 노출되는 고온부에서 접합재의 파손을 줄일 수 있다.Accordingly, it is possible to reduce the damage of the bonding material in a high temperature portion exposed to high temperature.

고가의 접합재를 사용하지 않고도 고온부의 전극과 열전펠렛을 연결할 수 있다.It is possible to connect the high temperature electrode and the thermoelectric pellet without using an expensive bonding material.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자의 일부 영역을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 모듈을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 모듈을 용기에 침지한 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 모듈에 전극 형상 구조체를 조립한 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 형상 구조체를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 모듈에 전단계 전극을 형성한 상태를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 모듈에 형성된 전단계 전극을 가공하여 제2 전극을 형성해 열전소자를 제조한 상태를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예의 일 변형예에 따른 열전소자의 용기의 외벽을 슬라이딩 가능하게 구성한 상황을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예의 다른 변형예에 따른 열전소자의 용기에 배출공이 형성되고, 지그를 더 포함하도록 도시한 도면이다.1 is a plan view of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a partial region of a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing a primary module according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a state in which the primary module according to an embodiment of the present invention is immersed in a container.
5 is a view showing a state in which an electrode-shaped structure is assembled to a primary module according to an embodiment of the present invention.
6 is a perspective view showing an electrode-shaped structure according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a state in which a pre-stage electrode is formed in a primary module according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a state in which a thermoelectric device is manufactured by forming a second electrode by processing a pre-stage electrode formed on a primary module according to an embodiment of the present invention.
9 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating a situation in which an outer wall of a container of a thermoelectric element is configured to be slidable according to a modified example of an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a view illustrating that a discharge hole is formed in a container of a thermoelectric device and further includes a jig according to another modified example of an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to elements of each drawing, it should be noted that the same elements are assigned the same numerals as possible even if they are indicated on different drawings. In addition, in describing an embodiment of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function obstructs an understanding of the embodiment of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the constituent elements of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the component is not limited by the term. When a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, that component may be directly connected or connected to that other component, but another component between each component It should be understood that may be “connected”, “coupled” or “connected”.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자(1)와 그 제조방법에 대해서 설명한다.Hereinafter, a thermoelectric device 1 and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자(1)의 평면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자(1)의 일부 영역을 나타낸 도면이다.1 is a plan view of a thermoelectric device 1 according to an embodiment of the present invention. 2 is a view showing a partial area of the thermoelectric device 1 according to an embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자(1)는, 기판(10), 제1 전극(20), 접합재(60) 및 제2 전극(50)을 포함하고, 전극 형상 구조체(40)와 절연층을 더 포함할 수 있다.Referring to the drawings, the thermoelectric device 1 according to an embodiment of the present invention includes a substrate 10, a first electrode 20, a bonding material 60, and a second electrode 50, and an electrode-shaped structure It may further include 40 and an insulating layer.

기판(10)Substrate(10)

기판(substrate, 10)은 절연성을 가지는 재질을 포함하여 구성된 구성요소이다. 기판(10)을 구성하는 재질은, 세라믹계이거나 금속계일 수 있으나, 기판(10)의 내측을 구성하는 소재가 도전성을 가진다 해도, 그 표면에 절연처리가 이루어져 절연성을 가질 수 있다. 표면을 절연처리 하기 위해, 기판(10)의 외측면을 구성하는 절연성의 수지층을 기판(10)이 더 가질 수 있다.The substrate 10 is a component composed of an insulating material. The material constituting the substrate 10 may be ceramic-based or metallic-based, but even if the material constituting the inner side of the substrate 10 has conductivity, the surface of the material constituting the substrate 10 may be insulated to have insulation. In order to insulate the surface, the substrate 10 may further include an insulating resin layer constituting the outer surface of the substrate 10.

기판(10)은 평판형으로 형성되어, 후술할 열전소자(1)의 구성요소들이 안착되어 고정될 수 있다. 후술할 제1 전극(20)이 기판(10)에 바로 안착되므로, 기판(10)과 제1 전극(20)이 전기적으로 서로 통하지 않기 위해, 기판(10)이 절연성을 가지는 재질을 포함할 수 있다.The substrate 10 is formed in a flat plate shape, and components of the thermoelectric element 1 to be described later may be mounted and fixed. Since the first electrode 20, which will be described later, is directly seated on the substrate 10, in order to prevent the substrate 10 and the first electrode 20 from electrically communicating with each other, the substrate 10 may include a material having insulating properties. have.

제1 전극(20)First electrode 20

제1 전극(20)은 기판(10) 상에 배치되는, 전기가 통하는 구성요소이다. 따라서 제1 전극(20)은 도전성의 소재로 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1 전극(20)은 구리로 구성될 수 있으나, 그 재질의 종류는 이에 제한되지 않는다.The first electrode 20 is a component that conducts electricity, which is disposed on the substrate 10. Therefore, the first electrode 20 may be formed of a conductive material. Specifically, the first electrode 20 may be made of copper, but the type of the material is not limited thereto.

제1 전극(20)은, 복수로 구성될 수 있다. 복수의 제1 전극(20) 각각은, 서로 인접한 2개의 열전펠렛(30)을 서로 전기적으로 연결할 수 있다. 즉 제1 전극(20)이 기판(10)과 열전펠렛(30) 사이에 배치되어, 2개의 열전펠렛(30)을 기판(10) 상에서 연결하는 역할을 한다. The first electrode 20 may be configured in plural. Each of the plurality of first electrodes 20 may electrically connect two adjacent thermoelectric pellets 30 to each other. That is, the first electrode 20 is disposed between the substrate 10 and the thermoelectric pellet 30, and serves to connect the two thermoelectric pellets 30 on the substrate 10.

도 2에 도시된 것과 같이, 제1 전극(20)이, 서로 인접한 2개의 열전펠렛(30)을 연결할 수 있다. 복수의 열전펠렛(30)이 가로 방향과 세로 방향을 가지는 격자형으로 배치되는 경우, 어떠한 일 제1 전극(20)은 가로로 길게 배치되어, 가로 방향을 따라 서로 인접한 2개의 열전펠렛(30)을 연결할 수 있고, 다른 제1 전극(20)은 세로로 길게 배치되어, 세로 방향을 따라 서로 인접한 2개의 열전펠렛(30)을 연결할 수 있다. 복수의 제1 전극(20)의 배치는 소정의 형상으로 패턴화 될 수 있다. As shown in FIG. 2, the first electrode 20 may connect two thermoelectric pellets 30 adjacent to each other. When a plurality of thermoelectric pellets 30 are arranged in a lattice shape having a horizontal direction and a vertical direction, the first electrode 20 is disposed horizontally, and two thermoelectric pellets 30 adjacent to each other along the horizontal direction May be connected, and the other first electrode 20 may be disposed vertically to connect two thermoelectric pellets 30 adjacent to each other along a vertical direction. The arrangement of the plurality of first electrodes 20 may be patterned in a predetermined shape.

각각의 제1 전극(20)은, 서로 인접한 2개의 열전펠렛(30)들로 구성된 열전펠렛(30) 쌍 중 서로 다른 열전펠렛(30) 쌍을 연결할 수 있다. 각각의 열전펠렛(30) 쌍은, 하나의 p형 열전펠렛(32)과 하나의 n형 열전펠렛(31)을 포함할 수 있다. 따라서 어떠한 제1 전극(20)이 연결하는 열전펠렛(30) 쌍과, 동일한 열전펠렛(30) 쌍을 연결하는 제1 전극(20)은 존재하지 않을 수 있다. 이러한 복수의 제1 전극(20)들은, 서로 이격되어 배치될 수 있다.Each of the first electrodes 20 may connect different pairs of thermoelectric pellets 30 among pairs of thermoelectric pellets 30 composed of two thermoelectric pellets 30 adjacent to each other. Each pair of thermoelectric pellets 30 may include one p-type thermoelectric pellet 32 and one n-type thermoelectric pellet 31. Accordingly, a pair of thermoelectric pellets 30 to which any first electrode 20 connects and a first electrode 20 that connects the same pair of thermoelectric pellets 30 may not exist. The plurality of first electrodes 20 may be disposed to be spaced apart from each other.

이러한 제1 전극(20)의 배치는 제2 전극(50)에 대해서도 마찬가지로 적용될 수 있다. 복수의 제1 전극(20), 복수의 제2 전극(50) 및 복수의 열전펠렛(30)이 상술한 방식으로 연결되어, 직렬로 연결되어 하나의 전류 경로를 형성할 수 있다.The arrangement of the first electrode 20 may be similarly applied to the second electrode 50. A plurality of first electrodes 20, a plurality of second electrodes 50, and a plurality of thermoelectric pellets 30 may be connected in the above-described manner and connected in series to form one current path.

제1 전극(20)은, 열전펠렛(30)에 의해 생성된 전기를 외부의 축전장치(미도시)로 전달하도록, 외부의 축전장치와 연결될 수 있다. 이러한 축전장치와 연결되는 제1 전극(20)은, 직렬로 연결된 전류 경로의 말단에 위치한 제1 전극(20)일 수 있다.The first electrode 20 may be connected to an external power storage device to transfer electricity generated by the thermoelectric pellet 30 to an external power storage device (not shown). The first electrode 20 connected to the power storage device may be a first electrode 20 located at an end of a current path connected in series.

접합재(60)Bonding material (60)

접합재(60)는 열전펠렛(30)을 제1 전극(20)과 연결하는 구성요소이다. 접합재(60)는 주석(Sn)을 포함하는 재질로 구성될 수 있으나, 그 구성이 이에 제한되지는 않는다. 접합재(60)에 가열이 이루어짐에 따라 용융이 일어나고, 용융된 접합재(60)가 제1 전극(20)에 도포되고, 열전펠렛(30)이 접합재(60)가 도포된 영역에 안착된 뒤, 접합재(60)가 경화되어 열전펠렛(30)과 제1 전극(20)의 물리적, 전기적 접합이 이루어질 수 있다.The bonding material 60 is a component that connects the thermoelectric pellet 30 to the first electrode 20. The bonding material 60 may be made of a material including tin (Sn), but the configuration is not limited thereto. As the bonding material 60 is heated, melting occurs, the molten bonding material 60 is applied to the first electrode 20, and the thermoelectric pellet 30 is seated in the area where the bonding material 60 is applied, The bonding material 60 is cured so that the thermoelectric pellet 30 and the first electrode 20 may be physically and electrically bonded to each other.

열전펠렛(30)Thermoelectric Pellets(30)

열전펠렛(30)은 복수의 제1 전극(20) 상에 배치되는 구성요소로, 전기가 인가되면 양단에 온도차를 가지거나, 양단에 온도차가 생기면 전기를 발생시키는 열전반도체이다. The thermoelectric pellet 30 is a component disposed on the plurality of first electrodes 20, and is a thermoelectric semiconductor that generates electricity when electricity is applied to both ends thereof or when a temperature difference occurs at both ends.

이러한 복수의 열전펠렛(30)은, p형 열전펠렛(32)과 n형 열전펠렛(31)을 포함할 수 있다. 각각의 종류의 열전펠렛(30)은, 교번적으로 배치되어 제1 전극(20) 및 제2 전극(50)에 의해 직렬로 연결될 수 있다. 따라서 전기적으로 연결되기 위해, 복수의 제1 전극(20) 및 복수의 제2 전극(50)이 복수의 열전펠렛(30)의 일면과 타면에 각각 접촉한다. 다만 각각의 열전펠렛(30)은 서로 이격되어, 전기적으로 직접 연결되지 않을 수 있다.The plurality of thermoelectric pellets 30 may include p-type thermoelectric pellets 32 and n-type thermoelectric pellets 31. Each type of thermoelectric pellet 30 may be alternately disposed and connected in series by the first electrode 20 and the second electrode 50. Therefore, in order to be electrically connected, the plurality of first electrodes 20 and the plurality of second electrodes 50 contact one surface and the other surface of the plurality of thermoelectric pellets 30, respectively. However, each of the thermoelectric pellets 30 may be separated from each other and may not be directly electrically connected.

열전펠렛(30)은 도시된 것과 같이 직육면체의 형상으로 형성될 수 있다. 열전펠렛(30)은 일 방향으로 길게 연장되어, 연장된 방향 일단에 위치한 면이 제1 전극(20)에 연결되고, 타단에 위치한 면이 제2 전극(50)에 연결될 수 있다. 그러나 열전펠렛(30)의 형상은 이에 제한되지 않는다.The thermoelectric pellet 30 may be formed in a rectangular parallelepiped shape as shown. The thermoelectric pellet 30 is elongated in one direction, and a surface located at one end in the extended direction may be connected to the first electrode 20, and a surface located at the other end may be connected to the second electrode 50. However, the shape of the thermoelectric pellet 30 is not limited thereto.

각각의 전극(20, 50)에 연결된 전력공급원(미도시)이 전기를 인가해, 전극(20, 50)에 연결된 열전펠렛(30)에도 전기가 인가될 수 있다. 전기가 인가되면, p형 열전펠렛(32)의 정공과 n형 열전펠렛(31)의 전자가 이동함으로써, 각각의 열전펠렛(30) 양단에서 발열과 흡열이 일어날 수 있다.A power supply source (not shown) connected to each of the electrodes 20 and 50 applies electricity, so that electricity may also be applied to the thermoelectric pellets 30 connected to the electrodes 20 and 50. When electricity is applied, the holes of the p-type thermoelectric pellet 32 and the electrons of the n-type thermoelectric pellet 31 move, so that heat generation and endothermic heat may occur at both ends of each thermoelectric pellet 30.

또한 제1 전극(20) 및 제2 전극(50) 중 적어도 하나가 열원에 노출될 수 있다. 열원에 의하여 전극(20, 50)이 열을 공급받을 경우, 전자와 정공이 이동함에 따라 열전펠렛(30)에 전류의 흐름이 생겨, 전기를 생산할 수 있다.In addition, at least one of the first electrode 20 and the second electrode 50 may be exposed to the heat source. When the electrodes 20 and 50 are supplied with heat by a heat source, as electrons and holes move, current flows in the thermoelectric pellet 30, thereby generating electricity.

복수의 열전펠렛(30)들은, 제1 전극(20)이 저온부가 되고, 제2 전극(50)이 고온부가 되도록 배치된다. 따라서 만일 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자(1)를 이용해 폐열발전시스템을 구성할 경우, 제2 전극(50)이 위치한 면을, 열원과 인접하도록 배치할 수 있다.The plurality of thermoelectric pellets 30 are disposed so that the first electrode 20 becomes the low temperature portion and the second electrode 50 becomes the high temperature portion. Therefore, if a waste heat generation system is constructed using the thermoelectric element 1 according to an embodiment of the present invention, the surface on which the second electrode 50 is located may be disposed adjacent to the heat source.

제2 전극(50)Second electrode 50

제2 전극(50)은 전기가 통하는 구성요소이다. 따라서 제2 전극(50)은 도전성의 소재로 형성될 수 있다. 구체적으로, 제2 전극(50)은 알루미늄을 포함하는 재질로 구성될 수 있으나, 그 재질의 종류는 이에 제한되지 않는다.The second electrode 50 is a component that conducts electricity. Therefore, the second electrode 50 may be formed of a conductive material. Specifically, the second electrode 50 may be made of a material including aluminum, but the type of the material is not limited thereto.

제2 전극(50)은 복수로 구성되고, 복수의 열전펠렛(30) 상에 배치되어, 복수의 열전펠렛(30)을 직렬로 연결할 수 있다. 복수의 제2 전극(50) 각각은, 서로 인접한 2개의 열전펠렛(30)을 서로 전기적으로 연결할 수 있다. 즉 제2 전극(50)이 기판(10)과 열전펠렛(30) 사이에 배치되어, 2개의 열전펠렛(30)을 기판(10) 상에서 연결하는 역할을 한다.The second electrode 50 may be configured in plural and disposed on the plurality of thermoelectric pellets 30, so that the plurality of thermoelectric pellets 30 may be connected in series. Each of the plurality of second electrodes 50 may electrically connect two adjacent thermoelectric pellets 30 to each other. That is, the second electrode 50 is disposed between the substrate 10 and the thermoelectric pellet 30, and serves to connect the two thermoelectric pellets 30 on the substrate 10.

도 2에 도시된 것과 같이, 제2 전극(50)이, 서로 인접한 2개의 열전펠렛(30)을 연결할 수 있다. 복수의 열전펠렛(30)이 가로 방향과 세로 방향을 가지는 격자형으로 배치되는 경우, 어떠한 일 제2 전극(50)은 가로로 길게 배치되어, 가로 방향을 따라 서로 인접한 2개의 열전펠렛(30)을 연결할 수 있고, 다른 제2 전극(50)은 세로로 길게 배치되어, 세로 방향을 따라 서로 인접한 2개의 열전펠렛(30)을 연결할 수 있다. 복수의 제2 전극(50)의 배치는 소정의 형상으로 패턴화 될 수 있다.As shown in FIG. 2, the second electrode 50 may connect two thermoelectric pellets 30 adjacent to each other. When a plurality of thermoelectric pellets 30 are arranged in a lattice shape having a horizontal direction and a vertical direction, the second electrode 50 is disposed horizontally and two thermoelectric pellets 30 adjacent to each other along the horizontal direction May be connected, and the other second electrode 50 may be disposed vertically to connect two thermoelectric pellets 30 adjacent to each other along the vertical direction. The arrangement of the plurality of second electrodes 50 may be patterned in a predetermined shape.

각각의 제2 전극(50)은, 서로 다른 열전펠렛(30) 쌍을 연결할 수 있다. 따라서 어떠한 제2 전극(50)이 연결하는 열전펠렛(30) 쌍과, 동일한 열전펠렛(30) 쌍을 연결하는 제2 전극(50)은 존재하지 않을 수 있다. 이러한 복수의 제2 전극(50)들은, 서로 이격되어 배치될 수 있다.Each of the second electrodes 50 may connect different pairs of thermoelectric pellets 30. Accordingly, a pair of thermoelectric pellets 30 to which any second electrode 50 is connected and a second electrode 50 connecting the same pair of thermoelectric pellets 30 may not exist. The plurality of second electrodes 50 may be disposed to be spaced apart from each other.

동시에 복수의 제2 전극(50)은, 복수의 제1 전극(20)에 의해서 전기적으로 연결되지 않은 서로 인접한 2개의 열전펠렛(30)을 서로 전기적으로 연결할 수 있다. 즉 제1 전극(20)에 의해서 연결되는 열전펠렛(30) 쌍과, 제2 전극(50)에 의해서 연결되는 열전펠렛(30) 쌍은, 중복되지 않을 수 있다.At the same time, the plurality of second electrodes 50 may electrically connect two adjacent thermoelectric pellets 30 that are not electrically connected by the plurality of first electrodes 20 to each other. That is, the pair of thermoelectric pellets 30 connected by the first electrode 20 and the pair of thermoelectric pellets 30 connected by the second electrode 50 may not overlap.

제2 전극(50)의 표면 중 열전펠렛(30)과 접촉하지 않은 면에는, 절연성의 절연층이 배치될 수 있다. 이러한 절연층은, 세라믹 소재를 포함하는 소재로 구성될 수 있으나, 그 소재가 이에 제한되지 않는다. 또한 절연층 이후에 제2 전극(50)과 연결되는 다른 기판(10)이 더 배치될 수 있다.An insulating insulating layer may be disposed on a surface of the second electrode 50 that is not in contact with the thermoelectric pellet 30. Such an insulating layer may be made of a material including a ceramic material, but the material is not limited thereto. In addition, after the insulating layer, another substrate 10 connected to the second electrode 50 may be further disposed.

제2 전극(50)은, 열전펠렛(30)에 의해 생성된 전기를 외부의 축전장치로 전달하도록, 외부의 축전장치와 연결될 수 있다. 이러한 축전장치와 연결되는 제2 전극(50)은, 직렬로 연결된 전류 경로의 말단에 위치한 제2 전극(50)일 수 있다.The second electrode 50 may be connected to an external power storage device to transfer electricity generated by the thermoelectric pellet 30 to an external power storage device. The second electrode 50 connected to the power storage device may be a second electrode 50 located at an end of a current path connected in series.

전극 형상 구조체(40)Electrode-shaped structure (40)

전극 형상 구조체(40)를 설명하기 위해, 도 6을 더 참조할 수 있다. 전극 형상 구조체(40)는, 제2 전극(50)의 형성을 위해 마련되는 틀과 같은 구성요소이다. 전극 형상 구조체(40)는 내벽인 복수의 전극분리벽(41)을 구비한다. 전극분리벽(41)은, 서로 인접한 제2 전극(50)들을 서로 구분하는 내벽이다.To describe the electrode-shaped structure 40, reference may be made to FIG. 6. The electrode-shaped structure 40 is a component such as a frame provided for forming the second electrode 50. The electrode-shaped structure 40 includes a plurality of electrode separation walls 41 that are inner walls. The electrode separation wall 41 is an inner wall that separates the second electrodes 50 adjacent to each other.

전극분리벽(41)에 의해 구분된 공간인 구분 공간(43)은, 다시 전극 공간(431)과 펠렛 공간(432)으로 나뉠 수 있다. 다만 구분 공간(43)과 펠렛 공간(432) 사이에는, 서로를 구분하는 물리적인 구성이 존재하지 않을 수 있다.The division space 43, which is a space divided by the electrode separation wall 41, may be further divided into an electrode space 431 and a pellet space 432. However, between the separation space 43 and the pellet space 432, there may not be a physical configuration that separates each other.

구분 공간(43)에는 펠렛분리벽(42)이 배치될 수 있다. 펠렛분리벽(42)은, 구분 공간(43)의 영역 중 열전펠렛(30)과 인접한 영역에 배치될 수 있다. 펠렛분리벽(42)과 전극분리벽(41)에 의해 정의되는 공간은 펠렛 공간(432)으로, 이 공간에는 열전펠렛(30)의 일부가 삽입될 수 있다. 따라서 펠렛분리벽(42)은 서로 인접한 열전펠렛(30)들의 사이에 배치될 수 있다.A pellet separation wall 42 may be disposed in the division space 43. The pellet separation wall 42 may be disposed in an area adjacent to the thermoelectric pellet 30 among the areas of the division space 43. A space defined by the pellet separation wall 42 and the electrode separation wall 41 is a pellet space 432, and a part of the thermoelectric pellet 30 may be inserted in this space. Accordingly, the pellet separation wall 42 may be disposed between the thermoelectric pellets 30 adjacent to each other.

펠렛분리벽(42)이 존재하지 않아 전극분리벽(41)에 의해서만 정의되는 공간은 전극 공간(431)으로, 전극 공간(431)에는 제2 전극(50)이 배치될 수 있다. 펠렛 공간(432)과 전극 공간(431)이 서로 연결되므로, 펠렛 공간(432)에 삽입된 열전펠렛(30)과 전극 공간(431)에 배치된 제2 전극(50)이 서로 접촉하여 연결될 수 있다. 전극분리벽(41)에 의해서 각각의 제2 전극(50)이 분리됨에 따라, 각각의 제2 전극(50)들이 서로 직접적으로 연결되지 않을 수 있다.Since the pellet separation wall 42 does not exist, a space defined only by the electrode separation wall 41 is an electrode space 431, and the second electrode 50 may be disposed in the electrode space 431. Since the pellet space 432 and the electrode space 431 are connected to each other, the thermoelectric pellet 30 inserted in the pellet space 432 and the second electrode 50 disposed in the electrode space 431 can be connected by contacting each other. have. As each of the second electrodes 50 is separated by the electrode separation wall 41, the respective second electrodes 50 may not be directly connected to each other.

구분 공간(43)은, 일 방향을 따라 개구될 수 있다. 따라서 도시된 것과 같이, 상하로 개방된 구멍과 같은 형태로 형성될 수 있다. The division space 43 may be opened along one direction. Therefore, as shown, it may be formed in a shape such as a hole opened up and down.

전극 형상 구조체(40)의 형상은, 제2 전극(50)이 배치되기 위한 패턴을 따라서 형성될 수 있다. 그러나 도 6에서 도시된 전극 형상 구조체(40)의 형상에 그 형상이 제한되지는 않는다. The shape of the electrode-shaped structure 40 may be formed along a pattern in which the second electrode 50 is disposed. However, the shape is not limited to the shape of the electrode-shaped structure 40 shown in FIG. 6.

전극 형상 구조체(40)의 가장 외측에 위치한 부분은, 후술할 제조과정에서 필요한 용기(70)의 가장 외측에 위치한 외벽(71)에 안착될 수 있다. 이에 대해서는, 도 4에 대한 설명에서 자세히 설명한다.The outermost portion of the electrode-shaped structure 40 may be seated on the outermost outer wall 71 of the container 70 required in a manufacturing process to be described later. This will be described in detail in the description of FIG. 4.

열전소자(1) 제조방법Thermoelectric device (1) manufacturing method

도 9를 더 참조하고, 각 단계의 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자(1) 제조방법에 대해서 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 모듈을 도시한 도면이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자(1)의 제조방법을 나타낸 순서도이다.9, a method of manufacturing the thermoelectric device 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings of each step. 3 is a diagram showing a primary module according to an embodiment of the present invention. 9 is a flow chart showing a method of manufacturing the thermoelectric device 1 according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 도전성의 기판(10) 상의 복수의 제1 전극(20)과, 복수의 열전펠렛(30)을 접합재(60)를 이용해 접합시켜서 1차 모듈을 형성하는 단계(S10)가 수행된다. 따라서 1차 모듈은 기판(10), 제1 전극(20), 접합재(60) 및 열전펠렛(30)을 포함한다. Referring to FIG. 3, the step (S10) of forming a primary module by bonding a plurality of first electrodes 20 on a conductive substrate 10 and a plurality of thermoelectric pellets 30 using a bonding material 60 Performed. Therefore, the primary module includes the substrate 10, the first electrode 20, the bonding material 60, and the thermoelectric pellet 30.

1차 모듈을 형성하는 단계는, 기판(10)을 준비하는 단계를 포함할 수 있다. 기판(10)이 준비되면, 기판(10) 상에 복수의 제1 전극(20)을 배치하는 단계가 수행된다. 제1 전극(20)은 기판(10) 상에 마스킹 후 증착되거나, 증착된 후 식각되는 등의 방식으로 형성될 수 있으나, 그 형성되는 방식이 이에 제한되지는 않는다.The forming of the primary module may include preparing the substrate 10. When the substrate 10 is prepared, a step of disposing a plurality of first electrodes 20 on the substrate 10 is performed. The first electrode 20 may be formed on the substrate 10 by masking and then depositing, or by etching after being deposited, but the method of forming the first electrode 20 is not limited thereto.

제1 전극(20) 상에 접합재(60)를 도포하는 단계가 수행될 수 있다. 접합재(60)는 저온에서 사용하기에 적합하고 제1 전극(20)에 대해 젖음성이 좋은 접합재(60)가 사용될 수 있다. 접합재(60)가 도포되기 위해, 접합재(60)는 먼저 용융될 수 있다.The step of applying the bonding material 60 on the first electrode 20 may be performed. The bonding material 60 is suitable for use at a low temperature, and a bonding material 60 having good wettability for the first electrode 20 may be used. In order to apply the bonding material 60, the bonding material 60 may be melted first.

접합재(60)가 도포된 제1 전극(20) 상에, 복수의 열전펠렛(30)을 배치하는 단계가 수행될 수 있다. 복수의 열전펠렛(30)은, 소정의 전기 흐름에 맞게, 원하는 전기 경로를 만족시킬 수 있도록 복수의 제1 전극(20) 상에 배열될 수 있다. 상술한 것과 같이, p형 열전펠렛(32)과 n형 열전펠렛(31)이 교번적으로 배치될 수 있다.On the first electrode 20 to which the bonding material 60 is applied, a step of disposing a plurality of thermoelectric pellets 30 may be performed. The plurality of thermoelectric pellets 30 may be arranged on the plurality of first electrodes 20 so as to satisfy a desired electric path according to a predetermined electric flow. As described above, the p-type thermoelectric pellets 32 and the n-type thermoelectric pellets 31 may be alternately disposed.

접합재(60)를 경화시켜 열전펠렛(30)과, 열전펠렛(30)에 연결된 제1 전극(20)을 접합시키는 단계가 수행될 수 있다. 즉 열전펠렛(30)을 제1 전극(20)에 고정함에 따라, 1차 모듈이 형성된다.A step of bonding the thermoelectric pellet 30 and the first electrode 20 connected to the thermoelectric pellet 30 by curing the bonding material 60 may be performed. That is, as the thermoelectric pellet 30 is fixed to the first electrode 20, a primary module is formed.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 모듈을 용기(70)에 침지한 상태를 도시한 도면이다.4 is a view showing a state in which the primary module according to an embodiment of the present invention is immersed in the container 70.

도 4를 더 참조하면, 1차 모듈의 일부를, 상변화재(PF)가 담긴 용기(70)에 침지시키는 단계가 수행된다(S20). 용기(70)는, 일측이 개방된 그릇의 형태로 형성되어, 형성된 공간에 상변화재(PF)를 수용한다. 이러한 용기(70)의 내부 공간의 높이는, 1차 모듈의 높이보다 작게 형성될 수 있다.Referring further to FIG. 4, a step of immersing a part of the primary module in the container 70 containing the phase change material PF is performed (S20). The container 70 is formed in the shape of a bowl with one side open, and accommodates the phase change material PF in the formed space. The height of the inner space of the container 70 may be formed smaller than the height of the primary module.

상변화재(PF)가 용기(70)에 수용된 상태에서 1차 모듈이 용기(70) 내로 진입하여 침지되기 위해서, 상변화재(PF)를 가열해서 용융시키는 단계가 수행될 수 있고. 용융된 상변화재(PF)에 1차 모듈을 침지시키는 단계가 수행될 수 있다.In order for the primary module to enter and be immersed in the container 70 while the phase change material PF is accommodated in the container 70, a step of heating and melting the phase change material PF may be performed. The step of immersing the first module in the molten phase change material PF may be performed.

상변화재(PF)는 접합재(60)나 열전펠렛(30)의 성능에 영향을 주지 않는 온도에서 상변화를 일으켜 용융되는 소재이다. 상변화재(PF)는, 파라핀 또는 파라핀 기반 소재일 수 있다.The phase change material PF is a material that melts by causing a phase change at a temperature that does not affect the performance of the bonding material 60 or the thermoelectric pellet 30. The phase change material (PF) may be a paraffin or paraffin-based material.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 모듈에 전극 형상 구조체(40)를 조립한 상태를 도시한 도면이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 형상 구조체(40)를 도시한 사시도이다.5 is a view showing a state in which the electrode-shaped structure 40 is assembled to the primary module according to an embodiment of the present invention. 6 is a perspective view showing an electrode-shaped structure 40 according to an embodiment of the present invention.

도 5 및 도 6을 더 참조하면, 1차 모듈의, 침지되지 않은 나머지 일부에, 전극 형상 구조체(40)를 조립하는 단계(S30)가 수행될 수 있다. 1차 모듈의 침지되지 않은 나머지 일부는, 열전펠렛(30)의 일부분일 수 있다. 따라서, 전극 형상 구조체(40)의 펠렛 공간(432)이 열전펠렛(30)에 조립되도록, 전극 형상 구조체(40)가 용기(70)에 안착되는 방식으로 조립이 이루어질 수 있다.With further reference to FIGS. 5 and 6, a step S30 of assembling the electrode-shaped structure 40 in the remaining part of the primary module that is not immersed may be performed. The remaining part of the primary module that is not immersed may be a part of the thermoelectric pellet 30. Accordingly, the electrode-shaped structure 40 may be assembled in a manner in which the electrode-shaped structure 40 is seated on the container 70 so that the pellet space 432 of the electrode-shaped structure 40 is assembled to the thermoelectric pellet 30.

전극 형상 구조체(40)를 조립하는 단계는, 용기(70)에 담긴 상변화재(PF)를 굳히는 단계를 포함할 수 있다. 상변화재(PF)가 파라핀인 경우, 상온과 같은 상태를 만들어 주는 것 만으로도 상변화재(PF)를 응고시킬 수 있다.Assembling the electrode-shaped structure 40 may include hardening the phase change material PF contained in the container 70. When the phase change material PF is paraffin, it is possible to solidify the phase change material PF only by making the same state as at room temperature.

상변화재(PF)가 응고됨에 따라, 상변화재(PF) 상에 어떠한 사물을 안착시켜도 침지가 일어나지 않을 수 있다. 따라서 이러한 상태에서 상변화재(PF)로부터 돌출된 상기 1차 모듈의 나머지 일부에, 전극 형상 구조체(40)를 조립하는 단계가 수행될 수 있다. 열전펠렛(30)의 돌출된 일부가 펠렛 공간(432)으로 삽입되고, 전극 형상 구조체(40)의 가장 외측에 위치한 영역은, 용기(70)의 가장 외측에 위치한 외벽(71)에 안착될 수 있다. As the phase change material PF solidifies, immersion may not occur even if any object is placed on the phase change material PF. Accordingly, in this state, the step of assembling the electrode-shaped structure 40 to the remaining part of the primary module protruding from the phase change material PF may be performed. The protruding part of the thermoelectric pellet 30 is inserted into the pellet space 432, and the outermost region of the electrode-shaped structure 40 may be seated on the outer wall 71 located at the outermost side of the container 70. have.

펠렛분리벽(42)의 높이는, 상변화재(PF)로부터 돌출된 열전펠렛(30)의 높이 이하일 수 있다. 전극분리벽(41)의 높이는, 상변화재(PF)로부터 돌출된 열전펠렛(30)의 높이보다 높을 수 있다. 상변화재(PF)로부터 돌출된 열전펠렛(30)의 높이는, 전체 열전펠렛(30)의 높이의 1/3과 같거나 이보다 작을 수 있다.The height of the pellet separation wall 42 may be less than or equal to the height of the thermoelectric pellet 30 protruding from the phase change material PF. The height of the electrode separation wall 41 may be higher than the height of the thermoelectric pellet 30 protruding from the phase change material PF. The height of the thermoelectric pellets 30 protruding from the phase change material PF may be equal to or smaller than 1/3 of the height of the total thermoelectric pellets 30.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 모듈에 전단계 전극(500)을 형성한 상태를 도시한 도면이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 모듈에 형성된 전단계 전극(500)을 가공하여 제2 전극(50)을 형성해 열전소자(1)를 제조한 상태를 도시한 도면이다.7 is a diagram showing a state in which the pre-stage electrode 500 is formed in the primary module according to an embodiment of the present invention. 8 is a diagram illustrating a state in which the thermoelectric element 1 is manufactured by forming the second electrode 50 by processing the pre-stage electrode 500 formed on the primary module according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 7과 도 8을 더 참조하면, 1차 모듈과 전극 형상 구조체(40)의 상면에, 복수의 열전펠렛(30)을 직렬로 연결하는 복수의 제2 전극(50)을 형성하는 단계(S40)가 수행될 수 있다.7 and 8, the step of forming a plurality of second electrodes 50 connecting the plurality of thermoelectric pellets 30 in series on the upper surface of the first module and the electrode-shaped structure 40 (S40 ) Can be performed.

제2 전극(50)을 형성하는 단계는, 1차 모듈과 전극 형상 구조체(40)의 상면에, 전단계 전극(500)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 도 7에서 확인할 수 있다. 전단계 전극(500)을 형성하는 단계에서는, 용사 코팅, 페이스트 도포, PVD(Physical Vapor Deposition) 등의 방식으로 전단계 전극(500)을 형성할 수 있다. 전단계 전극(500)을 형성하기 위해, 전극 소재를 전극 형상 구조체(40)의 상면에 채워 넣을 수 있다. 전극 소재는 알루미늄을 포함할 수 있다.The forming of the second electrode 50 may include forming the pre-stage electrode 500 on the upper surface of the first module and the electrode-shaped structure 40. This can be seen in FIG. 7. In the step of forming the pre-stage electrode 500, the pre-stage electrode 500 may be formed by a method such as thermal spray coating, paste application, and PVD (Physical Vapor Deposition). In order to form the pre-stage electrode 500, an electrode material may be filled in the upper surface of the electrode-shaped structure 40. The electrode material may include aluminum.

이러한 전극 소재는 전극 공간(431)을 채울 수 있지만, 전극분리벽(41)의 상면에도 안착될 수 있어서, 전극 형상 구조체(40)의 상면 전체를 덮는 전단계 전극(500)을 형성할 수 있다. 전극 소재가 굳어져 전단계 전극(500)을 형성한다.Such an electrode material may fill the electrode space 431, but may be seated on the upper surface of the electrode separation wall 41 to form the pre-stage electrode 500 covering the entire upper surface of the electrode-shaped structure 40. The electrode material is hardened to form the pre-stage electrode 500.

제2 전극(50)을 형성하는 단계는, 전단계 전극(500)을 삭제하여, 복수의 제2 전극(50)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이는 도 8에서 확인할 수 있다. 전극분리벽(41)보다 높게 형성된 전단계 전극(500)을 기계가공하여 면삭함에 따라, 전극 공간(431)에 위치한 제2 전극(50)만이 남아, 인접한 제2 전극(50)간의 직접적인 전기적 연결이 차단된다. 전단계 전극(500)을 삭제하는 방법은, 물리적 마찰에 의해 전단계 전극(500)을 갈아내는 방법, 적절한 물질을 이용한 화학적 에칭, 기계요소에 의해 강한 힘을 가하여 이루어지는 기계적 절삭을 포함할 수 있다.The forming of the second electrode 50 may include forming a plurality of second electrodes 50 by deleting the previous electrode 500. This can be seen in FIG. 8. As the pre-stage electrode 500 formed higher than the electrode separation wall 41 is machine-cut, only the second electrode 50 located in the electrode space 431 remains, and direct electrical connection between the adjacent second electrodes 50 is Blocked. The method of removing the pre-stage electrode 500 may include a method of grinding the pre-stage electrode 500 by physical friction, chemical etching using an appropriate material, and mechanical cutting performed by applying a strong force by a mechanical element.

이러한 과정을 거쳐 제2 전극(50)을 형성함에 따라, 열전펠렛(30)과 제2 전극(50) 사이에, 저온부인 제1 전극(20)과 같이 접합재(60)가 배치되지 않는다 해도 서로 잘 접합될 수 있다. 따라서 고온부에 접합재가 배치되는 경우, 고온부에 가해지는 다량의 열에너지에 의해, 접합재가 파손되어 발생하는 문제점을, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자(1)는 가지지 않을 수 있다. 또한 고온의 접합재를 고온부에 사용하여 열전펠렛(30)과 제2 전극(50)을 접할할 필요가 사라진다.As the second electrode 50 is formed through this process, even if the bonding material 60 is not disposed between the thermoelectric pellet 30 and the second electrode 50, like the first electrode 20, which is a low temperature part, It can be well bonded. Therefore, when the bonding material is disposed in the high-temperature portion, the thermoelectric device 1 according to an embodiment of the present invention may not have a problem that occurs due to damage to the bonding material due to a large amount of thermal energy applied to the high-temperature portion. In addition, the need to contact the thermoelectric pellet 30 and the second electrode 50 by using a high-temperature bonding material is eliminated.

제2 전극(50)이 형성된 후, 제2 전극(50) 상에 절연성의 절연층을 형성하는 단계가 더 수행될 수 있다.After the second electrode 50 is formed, a step of forming an insulating insulating layer on the second electrode 50 may be further performed.

제2 전극(50)을 형성함으로써 형성된 열전소자(1)를 상기 용기(70)로부터 빼내는 단계(S50)가 수행된다. 열전소자(1)를 상기 용기(70)로부터 빼내는 단계는, 용기(70)를 가열하여 상변화재(PF)를 녹이는 단계를 포함할 수 있다. 상변화재(PF)를 액화시켜서, 상변화재(PF)로부터 열전소자(1)가 분리될 수 있다. 이후 열전소자(1)와 용기(70)를 서로 분리하는 단계가 수행될 수 있다.A step S50 of removing the thermoelectric element 1 formed by forming the second electrode 50 from the container 70 is performed. The step of removing the thermoelectric element 1 from the container 70 may include heating the container 70 to melt the phase change material PF. By liquefying the phase change material PF, the thermoelectric element 1 may be separated from the phase change material PF. Thereafter, the step of separating the thermoelectric element 1 and the container 70 from each other may be performed.

전극 형상 구조체(40)는, 열전소자(1)의 형성이 완료된 후 기계가공을 통해 제거될 수도 있다.The electrode-shaped structure 40 may be removed through machining after the thermoelectric element 1 is formed.

도 10과 도 11을 참조하여, 상변화재(PF)를 용기(70)로부터 빼내기 위한 구조에 대해서 설명한다.A structure for removing the phase change material PF from the container 70 will be described with reference to FIGS. 10 and 11.

도 10은 본 발명의 일 실시예의 일 변형예에 따른 열전소자(1)의 용기의 외벽(71)을 슬라이딩 가능하게 구성한 상황을 도시한 도면이다.10 is a view showing a situation in which the outer wall 71 of the container of the thermoelectric element 1 is configured to be slidable according to a modified example of an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예의 일 변형예에 따르면, 용기의 외벽(71)이, 용기(70)의 다른 부분에 대해 슬라이딩 가능하게 결합된 상태로 제공될 수 있다. 따라서, 용기의 외벽(71)이 도 8과 같은 위치에 배치된 상태에서 가열이 이루어져 상변화재(PF)가 용융된 후, 도 10에 도시된 것과 같이 용기의 외벽(71)이 슬라이딩하여, 외벽(71)과 전극분리벽(41) 사이에 배출구(72)를 형성할 수 있고, 이러한 배출구(72)를 통해 용융된 상변화재(PF)가 용기(70)의 외부로 배출될 수 있다.According to a modified example of an embodiment of the present invention, the outer wall 71 of the container may be provided in a state that is slidably coupled to another part of the container 70. Therefore, after heating is performed while the outer wall 71 of the container is disposed at the position shown in FIG. 8 to melt the phase change material PF, the outer wall 71 of the container slides as shown in FIG. An outlet 72 may be formed between the 71 and the electrode separation wall 41, and the molten phase change material PF may be discharged to the outside of the container 70 through the outlet 72.

도 11은 본 발명의 일 실시예의 다른 변형예에 따른 열전소자(1)의 용기(70)에 배출공(73)이 형성되고, 지그(80)를 더 포함하도록 도시한 도면이다.11 is a view showing a discharge hole 73 is formed in the container 70 of the thermoelectric device 1 according to another modified example of the embodiment of the present invention, and further includes a jig 80.

본 발명의 일 실시예의 다른 변형예에 따르면, 용기(70)에 구멍인 배출공(73)이 형성될 수 있다. 배출공(73)은 용기(70)의 바닥에 복수 개 형성될 수 있다. 따라서, 용기(70)에 대한 가열이 이루어져 상변화재(PF)가 용융되면, 배출공(73)을 통해서 용융된 상변화재(PF)가 배출될 수 있다. 다만 최초 액체상태의 상변화재(PF)를 용기(70)에 담고 굳히기 위해서, 배출공(73)이 차단되어야 한다. 이 때 배출공(73)을 통해서 상변화재(PF)가 배출되지 않도록, 배출공(73)을 차단하는 지그(80)를 열전소자(1)가 더 포함할 수 있다. 지그(80)는 용기(70)의 하단부를 감싸는 형상으로 형성되되, 용기(70)와 결합될 때 배출공(73)을 차단할 수 있도록 형성될 수 있다. 따라서 도 4의 단계에서 상변화재(PF)를 용기(70)에 부어줄 때에는 용기(70)에 지그(80)가 결합된 상태일 수 있고, 열전소자(1)가 완성된 상태에서 상변화재(PF)를 배출하기 위한 상태에 도달하면, 지그(80)가 용기(70)로부터 분리될 수 있다. 또한 이러한 배출이 가능하도록, 기판(10)에도 구멍이 형성되어, 용융된 상변화재(PF)가 용기(70)의 배출공(73)에 도달하도록 할 수 있다.According to another modified example of an embodiment of the present invention, a discharge hole 73 as a hole may be formed in the container 70. A plurality of discharge holes 73 may be formed on the bottom of the container 70. Accordingly, when the container 70 is heated and the phase change material PF is melted, the molten phase change material PF may be discharged through the discharge hole 73. However, in order to harden the initial liquid phase change material (PF) in the container 70, the discharge hole 73 must be blocked. In this case, the thermoelectric element 1 may further include a jig 80 blocking the discharge hole 73 so that the phase change material PF is not discharged through the discharge hole 73. The jig 80 is formed in a shape surrounding the lower end of the container 70, and may be formed to block the discharge hole 73 when combined with the container 70. Therefore, when the phase change material (PF) is poured into the container 70 in the step of FIG. 4, the jig 80 may be coupled to the container 70, and in the state where the thermoelectric element 1 is completed, the phase change material ( When the state for discharging the PF) is reached, the jig 80 may be separated from the container 70. In addition, to enable such discharge, a hole is also formed in the substrate 10 so that the molten phase change material PF can reach the discharge hole 73 of the container 70.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In the above, even if all the constituent elements constituting the embodiments of the present invention have been described as being combined into one or operating in combination, the present invention is not necessarily limited to these embodiments. That is, within the scope of the object of the present invention, all of the constituent elements may be selectively combined and operated in one or more. In addition, terms such as "include", "consist of" or "have" described above mean that the corresponding component may be present unless otherwise stated, excluding other components Rather, it should be interpreted as being able to further include other components. All terms, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art, unless otherwise defined. Terms generally used, such as terms defined in the dictionary, should be interpreted as being consistent with the meaning of the context of the related technology, and are not interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present invention.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain the technical idea, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

1 : 열전소자
10 : 기판
20 : 제1 전극
30 : 열전펠렛
31 : n형 열전펠렛
32 : p형 열전펠렛
40 : 전극 형상 구조체
41 : 전극분리벽
42 : 펠렛분리벽
43 : 구분 공간
50 : 제2 전극
60 : 접합재
70 : 용기
71 : 용기의 외벽
72 : 외벽과 전극분리벽 사이의 배출구
73 : 배출공
80 : 지그
431 : 전극 공간
432 : 펠렛 공간
500 : 전단계 전극
PF : 상변화재1: thermoelectric element
10: substrate
20: first electrode
30: thermoelectric pellet
31: n-type thermoelectric pellet
32: p-type thermoelectric pellet
40: electrode shape structure
41: electrode separation wall
42: pellet separation wall
43: division space
50: second electrode
60: bonding material
70: courage
71: outer wall of the container
72: outlet between the outer wall and the electrode separation wall
73: discharge hole
80: jig
431: electrode space
432: pellet space
500: front electrode
PF: phase change material

Claims (16)

절연성의 기판;
상기 기판 상에 배치되는 복수의 제1 전극;
상기 복수의 제1 전극 상에 배치되는 복수의 열전펠렛;
상기 열전펠렛을 상기 제1 전극과 연결하는 접합재; 및
상기 복수의 열전펠렛 상에 배치되어, 상기 복수의 열전펠렛을 직렬로 연결하는 복수의 제2 전극을 포함하는, 열전소자.An insulating substrate;
A plurality of first electrodes disposed on the substrate;
A plurality of thermoelectric pellets disposed on the plurality of first electrodes;
A bonding material connecting the thermoelectric pellet to the first electrode; And
A thermoelectric device comprising a plurality of second electrodes disposed on the plurality of thermoelectric pellets and connecting the plurality of thermoelectric pellets in series. 제1항에 있어서,
상기 복수의 제2 전극들 중 서로 인접한 제2 전극들을 서로 구분하는 복수의 전극분리벽을 구비하는 전극 형상 구조체를 더 포함하고,
상기 복수의 전극분리벽에 의해 정의되는 복수의 구분 공간에, 상기 제2 전극들이 각각 배치되어, 상기 복수의 열전펠렛과 접촉하는, 열전소자.The method of claim 1,
Further comprising an electrode-shaped structure having a plurality of electrode separation walls that separate adjacent second electrodes of the plurality of second electrodes from each other,
A thermoelectric device, wherein the second electrodes are respectively disposed in a plurality of division spaces defined by the plurality of electrode separation walls to contact the plurality of thermoelectric pellets. 제2항에 있어서,
상기 전극 형상 구조체는, 상기 구분 공간에 배치되는 상기 제2 전극에 의해 연결되는 서로 인접한 열전펠렛들의 사이에 배치되는, 펠렛분리벽을 더 구비하는, 열전소자.The method of claim 2,
The electrode-shaped structure further includes a pellet separation wall disposed between adjacent thermoelectric pellets connected by the second electrode disposed in the division space. 제1항에 있어서,
상기 복수의 열전펠렛은, p형 열전펠렛과 n형 열전펠렛을 포함하고,
상기 p형 열전펠렛과 n형 열전펠렛이 교번적으로 직렬로 연결되도록, 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극이 상기 복수의 열전펠렛에 접촉하는, 열전소자.The method of claim 1,
The plurality of thermoelectric pellets include p-type thermoelectric pellets and n-type thermoelectric pellets,
The thermoelectric device, wherein the plurality of first electrodes and the plurality of second electrodes contact the plurality of thermoelectric pellets so that the p-type thermoelectric pellets and the n-type thermoelectric pellets are alternately connected in series. 제4항에 있어서,
상기 제1 전극은, 서로 인접한 2개의 상기 열전펠렛을 서로 전기적으로 연결하고,
상기 제2 전극은, 상기 제1 전극에 의해서 전기적으로 연결되지 않은 서로 인접한 2개의 상기 열전펠렛을 서로 전기적으로 연결하는, 열전소자.The method of claim 4,
The first electrode electrically connects two adjacent thermoelectric pellets to each other,
The second electrode electrically connects two adjacent thermoelectric pellets that are not electrically connected by the first electrode to each other. 제1항에 있어서,
상기 제2 전극의 표면 중 상기 열전펠렛과 접촉하지 않은 면에 배치되는, 절연성의 절연층을 더 포함하는, 열전소자.The method of claim 1,
The thermoelectric device further comprising an insulating insulating layer disposed on a surface of the second electrode that is not in contact with the thermoelectric pellet. 제6항에 있어서,
상기 절연층은, 세라믹 소재를 포함하는 소재로 구성되는, 열전소자.The method of claim 6,
The insulating layer is made of a material including a ceramic material, a thermoelectric device. 절연성의 기판 상의 복수의 제1 전극과, 복수의 열전펠렛을 접합재를 이용해 접합시켜서 1차 모듈을 형성하는 단계;
상기 1차 모듈의 일부를, 상변화재가 담긴 용기에 침지시키는 단계;
상기 1차 모듈의 나머지 일부에, 전극 형상 구조체를 조립하는 단계;
상기 1차 모듈과 상기 전극 형상 구조체의 상면에, 상기 복수의 열전펠렛을 직렬로 연결하는 복수의 제2 전극을 형성하는 단계; 및
상기 제2 전극을 형성함으로써 형성된 열전소자를 상기 용기로부터 빼내는 단계를 포함하고,
상기 전극 형상 구조체는, 상기 복수의 제2 전극들 중 서로 인접한 제2 전극들을 서로 구분하는 복수의 전극분리벽을 구비하는, 열전소자 제조방법.Forming a primary module by bonding a plurality of first electrodes on an insulating substrate and a plurality of thermoelectric pellets using a bonding material;
Immersing a part of the primary module in a container containing a phase change material;
Assembling an electrode-shaped structure to the remaining part of the primary module;
Forming a plurality of second electrodes connecting the plurality of thermoelectric pellets in series on an upper surface of the primary module and the electrode-shaped structure; And
And removing the thermoelectric element formed by forming the second electrode from the container,
The electrode-shaped structure includes a plurality of electrode separation walls that separate adjacent second electrodes of the plurality of second electrodes from each other. 제8항에 있어서
상기 전극 형상 구조체를 조립하는 단계는,
상기 용기에 담긴 상변화재를 굳히는 단계; 및
상기 응고된 상변화재로부터 돌출된 상기 1차 모듈의 나머지 일부에, 상기 전극 형상 구조체를 조립하는 단계를 포함하는, 열전소자 제조방법.According to claim 8
Assembling the electrode-shaped structure,
Hardening the phase change material contained in the container; And
And assembling the electrode-shaped structure to the remaining part of the primary module protruding from the solidified phase change material. 제8항에 있어서
상기 전극 형상 구조체는, 상기 1차 모듈의 나머지 일부에 조립될 때, 가장 외측에 위치한 부분이, 상기 용기의 가장 외측에 위치한 외벽에 안착되는, 열전소자 제조방법.According to claim 8
The electrode-shaped structure, when assembling the remaining part of the primary module, the outermost portion is seated on the outermost outer wall of the container, the thermoelectric device manufacturing method. 제8항에 있어서,
상기 복수의 제2 전극을 형성하는 단계는,
상기 1차 모듈과 상기 전극 형상 구조체의 상면에, 전단계 전극을 형성하는 단계; 및
상기 전단계 전극을 삭제하여, 상기 복수의 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는, 열전소자 제조방법.The method of claim 8,
Forming the plurality of second electrodes,
Forming a pre-stage electrode on the upper surface of the primary module and the electrode-shaped structure; And
And forming the plurality of second electrodes by removing the pre-stage electrode. 제11항에 있어서
상기 전단계 전극을 형성하는 단계는,
용사 또는 페이스트 도포의 방식으로 전단계 전극을 형성하는 단계인, 열전소자 제조방법.The method of claim 11
The step of forming the pre-stage electrode,
A method of manufacturing a thermoelectric device, which is a step of forming a pre-stage electrode by means of thermal spraying or paste application. 제8항에 있어서
상기 열전소자를 상기 용기로부터 빼내는 단계는,
상기 용기를 가열하여 상기 상변화재를 녹이는 단계; 및
상기 열전소자와 상기 용기를 서로 분리하는 단계를 포함하는, 열전소자 제조방법.According to claim 8
The step of removing the thermoelectric element from the container,
Heating the container to melt the phase change material; And
A method of manufacturing a thermoelectric device comprising the step of separating the thermoelectric device and the container from each other. 제8항에 있어서
상기 1차 모듈을 형성하는 단계는,
상기 기판 상에 상기 복수의 제1 전극을 배치하는 단계;
상기 제1 전극 상에 용융된 상기 접합재를 도포하는 단계;
상기 복수의 열전펠렛을 상기 접합재가 도포된 제1 전극 상에 배치하는 단계; 및
상기 접합재를 경화시켜 상기 복수의 열전펠렛과 상기 제1 전극을 접합시키는 단계를 포함하는, 열전소자 제조방법.According to claim 8
Forming the primary module,
Disposing the plurality of first electrodes on the substrate;
Applying the melted bonding material on the first electrode;
Disposing the plurality of thermoelectric pellets on the first electrode coated with the bonding material; And
Curing the bonding material to bond the plurality of thermoelectric pellets to the first electrode. 제8항에 있어서
상기 제2 전극 상에, 절연성의 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 열전소자 제조방법.According to claim 8
The method of manufacturing a thermoelectric device, further comprising forming an insulating insulating layer on the second electrode. 제8항에 있어서
상기 상변화재는, 파라핀인, 열전소자 제조방법.

According to claim 8
The phase change material is paraffin, a thermoelectric device manufacturing method.
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KR20170011622A (en) * 2015-07-23 2017-02-02 서울시립대학교 산학협력단 Thermoelectric Element using exothermic and amorphous bonding material And Method of Manufacturing The Same

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