KR20210029521A - Electric generator - Google Patents

Abstract

A power generator according to one embodiment of the present invention includes: a plurality of thermoelectric elements disposed on a heat radiation plate of a transformer; a heat sink disposed on the thermoelectric elements; a fixing member for fixing the heat sink and the heat radiation plate; and a battery for storing electricity generated from the thermoelectric elements, wherein the thermoelectric elements are arranged to be spaced apart from each other at predetermined intervals, each thermoelectric element includes a first substrate, a plurality of first electrodes disposed on the first substrate, a plurality of thermoelectric legs disposed on the first electrodes, a plurality of second electrodes disposed on the thermoelectric legs, and a second substrate disposed on the second electrodes, the heat sink includes a cover plate integrally covering the second substrates of the thermoelectric elements, a first side plate extending in a first direction from a first side of the cover plate, and a second side plate extending in the first direction from a second side of the cover plate opposite to the first side, and the first direction is a direction opposite to a direction toward the transformer with respect to the cover plate. Thus, delta T between the heat sink and the heat radiation plate increases, so that the power generation performance increases.

Description

발전 장치{ELECTRIC GENERATOR}Electric generator {ELECTRIC GENERATOR}

본 발명은 발전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열전소자를 이용하여 전기를 발생시키는 발전 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power generation device, and more particularly, to a power generation device that generates electricity using a thermoelectric element.

열전현상은 재료 내부의 전자(electron)와 정공(hole)의 이동에 의해 발생하는 현상으로, 열과 전기 사이의 직접적인 에너지 변환을 의미한다.The thermoelectric phenomenon is a phenomenon caused by the movement of electrons and holes in a material, and means direct energy conversion between heat and electricity.

열전 소자는 열전현상을 이용하는 소자를 총칭하며, P형 열전 재료와 N형 열전 재료를 금속 전극들 사이에 접합시켜 PN 접합 쌍을 형성하는 구조를 가진다. The thermoelectric element is a generic term for a device that uses a thermoelectric phenomenon, and has a structure in which a P-type thermoelectric material and an N-type thermoelectric material are bonded between metal electrodes to form a PN junction pair.

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.Thermoelectric devices can be classified into devices that use the temperature change of electrical resistance, devices that use the Seebeck effect, which is a phenomenon in which electromotive force is generated due to the temperature difference, and devices that use the Peltier effect, which is a phenomenon in which heat absorption or heat generation by current occurs. .

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.Thermoelectric devices are widely applied to home appliances, electronic parts, and communication parts. For example, the thermoelectric element may be applied to a cooling device, a heating device, a power generation device, or the like. Accordingly, the demand for thermoelectric performance of the thermoelectric element is increasing more and more.

한편, 변압기는 가정용 또는 산업용으로 전력을 공급하기 위한 기반 시설에서 필수적인 구성이며, 이는 전신주 등과 함께 설치될 수 있다. On the other hand, a transformer is an essential component in an infrastructure for supplying power for home or industrial use, and it can be installed together with a telephone pole.

변압기의 구동에 따라 변압기 주변의 온도가 상대적으로 높아질 수 있다. 이에, 변압기의 구동에 따른 폐열을 활용하고자 하는 니즈가 있다.Depending on the operation of the transformer, the temperature around the transformer can be relatively high. Accordingly, there is a need to utilize waste heat from driving a transformer.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 열전소자를 이용하여 전기를 생성하는 발전 장치를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a power generation device that generates electricity by using a thermoelectric element.

본 발명의 한 실시예에 따른 발전장치는 변압기의 방열판 상에 배치된 복수의 열전소자, 상기 복수의 열전소자 상에 배치된 히트싱크, 상기 히트싱크와 상기 방열판을 고정하는 고정부재, 그리고 상기 복수의 열전소자로부터 발생한 전기를 저장하는 배터리를 포함하고, 상기 복수의 열전소자는 소정 간격으로 서로 이격되도록 배치되고, 각 열전소자는 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 배치된 복수의 제1 전극, 상기 복수의 제1 전극 상에 배치된 복수의 열전 레그, 상기 복수의 열전 레그 상에 배치된 복수의 제2 전극, 상기 복수의 제2 전극 상에 배치된 제2 기판을 포함하고, 상기 히트싱크는 상기 복수의 열전소자의 복수의 제2 기판을 일체로 덮는 커버 플레이트, 상기 커버 플레이트의 제1 측에서 제1 방향으로 연장된 제1 측면 플레이트, 그리고 상기 제1 측에 대향하는 상기 커버 플레이트의 제2 측에서 상기 제1 방향으로 연장된 제2 측면 플레이트를 포함하고, 상기 제1 방향은 상기 커버 플레이트를 기준으로 상기 변압기를 향하는 방향에 반대되는 방향이다.A power generation device according to an embodiment of the present invention includes a plurality of thermoelectric elements disposed on a heat sink of a transformer, a heat sink disposed on the plurality of thermoelectric elements, a fixing member fixing the heat sink and the heat sink, and the plurality of A battery for storing electricity generated from the thermoelectric element, wherein the plurality of thermoelectric elements are arranged to be spaced apart from each other at predetermined intervals, and each thermoelectric element is a first substrate, and a plurality of first electrodes disposed on the first substrate , A plurality of thermoelectric legs disposed on the plurality of first electrodes, a plurality of second electrodes disposed on the plurality of thermoelectric legs, a second substrate disposed on the plurality of second electrodes, and the heat The sink includes a cover plate integrally covering a plurality of second substrates of the plurality of thermoelectric elements, a first side plate extending in a first direction from a first side of the cover plate, and the cover plate facing the first side. And a second side plate extending in the first direction from a second side of the cover plate, and the first direction is a direction opposite to a direction toward the transformer with respect to the cover plate.

상기 히트싱크는 상기 제1 측면 플레이트의 양면 중 적어도 한면 및 상기 제2 측면 플레이트의 양면 중 적어도 한면에 배치된 방열핀을 더 포함할 수 있다.The heat sink may further include a radiating fin disposed on at least one of both surfaces of the first side plate and at least one of both surfaces of the second side plate.

상기 제1 측면 플레이트는 소정 간격으로 이격된 복수의 제1 부분 측면 플레이트를 포함하고, 상기 제2 측면 플레이트는 소정 간격으로 이격된 복수의 제2 부분 측면 플레이트를 포함하며, 상기 복수의 제1 부분 측면 플레이트 및 상기 복수의 제2 부분 측면 플레이트는 서로 대칭되도록 배치될 수 있다.The first side plate includes a plurality of first partial side plates spaced apart at a predetermined interval, the second side plate includes a plurality of second partial side plates spaced apart at a predetermined interval, and the plurality of first portions The side plate and the plurality of second partial side plates may be disposed to be symmetrical to each other.

상기 고정 부재는, 상기 히트싱크의 커버 플레이트 상에 배치된 고정 플레이트, 상기 고정 플레이트, 상기 히트싱크 및 상기 방열판을 고정하는 적어도 하나의 제1 클램프, 그리고 상기 고정 플레이트, 상기 히트싱크 및 상기 방열판을 고정하는 적어도 하나의 제2 클램프를 포함할 수 있다.The fixing member includes a fixing plate disposed on the cover plate of the heat sink, the fixing plate, at least one first clamp fixing the heat sink and the heat sink, and the fixing plate, the heat sink, and the heat sink. It may include at least one second clamp to fix.

상기 고정 플레이트의 면적은 상기 커버 플레이트의 면적의 30 내지 70%일 수 있다. The area of the fixing plate may be 30 to 70% of the area of the cover plate.

상기 제1 측면 플레이트 및 상기 제2 측면 플레이트 각각은 상기 커버 플레이트에 대하여 75° 내지 105°의 각도를 이룰 수 있다. Each of the first side plate and the second side plate may form an angle of 75° to 105° with respect to the cover plate.

상기 방열판 상에 배치된 차광부재를 더 포함하고, 상기 차광부재의 폭은 상기 제1 측면 플레이트로부터 상기 제2 측면 플레이트까지의 거리보다 크고, 상기 차광부재의 높이는 상기 제1 측면 플레이트 및 상기 제2 측면 플레이트 각각의 높이보다 높을 수 있다.Further comprising a light blocking member disposed on the heat sink, the width of the light blocking member is greater than a distance from the first side plate to the second side plate, the height of the light blocking member is the first side plate and the second It can be higher than the height of each of the side plates.

상기 배터리에 연결되며, 상기 배터리의 전력에 의하여 구동되는 조명부를 더 포함할 수 있다.A lighting unit connected to the battery and driven by power of the battery may be further included.

본 발명의 실시예에 따르면, 변압기로부터의 폐열을 이용하여 전기를 생산하는 발전장치를 얻을 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 변압기의 방열판과 히트싱크 간 델타 T를 크게 하여 발전 성능을 높일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to obtain a power generation device that generates electricity by using waste heat from a transformer. In particular, according to an embodiment of the present invention, it is possible to increase the power generation performance by increasing the delta T between the heat sink and the heat sink of the transformer.

도 1은 열전소자의 단면도이고, 도 2는 열전소자의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 발전 장치의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 발전 장치의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 발전 장치의 열전소자가 배치되는 방열판의 상면도이다.
도 6(a) 및 6(b)는 본 발명의 한 실시예에 따른 발전장치에 포함되는 히트싱크의 커버 플레이트의 상면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 발전장치를 변압기 주변에 설치하여 24시간동안 온도를 측정한 결과이다.1 is a cross-sectional view of a thermoelectric device, and FIG. 2 is a perspective view of a thermoelectric device.
3 is an exploded perspective view of a power generation device according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view of a power generation device according to an embodiment of the present invention.
5 is a top view of a heat sink on which a thermoelectric element of a power generation device according to an embodiment of the present invention is disposed.
6(a) and 6(b) are top views of a cover plate of a heat sink included in the power generation device according to an embodiment of the present invention.
7 is a result of measuring the temperature for 24 hours by installing the power generation device according to an embodiment of the present invention around a transformer.

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. The present invention is intended to illustrate and describe specific embodiments in the drawings, as various changes may be made and various embodiments may be provided. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

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. Terms including ordinal numbers such as second and first may be used to describe various elements, but the elements are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, the second element may be referred to as the first element, and similarly, the first element may be referred to as the second element. The term and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

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. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. It should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle.

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.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof does not preclude in advance.

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.Unless otherwise defined, all terms including technical or scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. Does not.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but identical or corresponding components are denoted by the same reference numerals regardless of reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted.

도 1은 열전소자의 단면도이고, 도 2는 열전소자의 사시도이다. 1 is a cross-sectional view of a thermoelectric device, and FIG. 2 is a perspective view of a thermoelectric device.

도 1 내지 2를 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.1 to 2, the thermoelectric device 100 includes a lower substrate 110, a lower electrode 120, a P-type thermoelectric leg 130, an N-type thermoelectric leg 140, an upper electrode 150, and an upper substrate. Includes 160.

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. The lower electrode 120 is disposed between the lower substrate 110 and the lower bottom surface of the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140, and the upper electrode 150 is formed between the upper substrate 160 and the P-type. It is disposed between the thermoelectric leg 130 and the upper bottom surface of the N-type thermoelectric leg 140. Accordingly, the plurality of P-type thermoelectric legs 130 and the plurality of N-type thermoelectric legs 140 are electrically connected by the lower electrode 120 and the upper electrode 150. A pair of P-type thermoelectric legs 130 and N-type thermoelectric legs 140 disposed between the lower electrode 120 and the upper electrode 150 and electrically connected to each other may form a unit cell.

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. 또는, 하부전극(120) 및 상부전극(150) 간 온도 차를 가해주면, 제벡 효과로 인하여 P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140) 내 전하가 이동하며, 전기가 발생할 수도 있다.For example, when voltage is applied to the lower electrode 120 and the upper electrode 150 through the lead wires 181 and 182, current from the P-type thermoelectric leg 130 to the N-type thermoelectric leg 140 due to the Peltier effect The substrate that flows through absorbs heat and acts as a cooling unit, and the substrate through which current flows from the N-type thermoelectric leg 140 to the P-type thermoelectric leg 130 may be heated to function as a heat generating unit. Alternatively, when a temperature difference between the lower electrode 120 and the upper electrode 150 is applied, charges in the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 move due to the Seebeck effect, and electricity may be generated. .

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. P형 열전 레그(130)는 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 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, P형 열전 레그(130)는 전체 중량 100wt%에 대하여 주원료물질인 Bi-Sb-Te를 99 내지 99.999wt%로 포함하고, 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 0.001 내지 1wt%로 포함할 수 있다. N형 열전 레그(140)는 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 열전 레그일 수 있다. 예를 들어, N형 열전 레그(140)는 전체 중량 100wt%에 대하여 주원료물질인 Bi-Se-Te를 99 내지 99.999wt%로 포함하고, 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 납(Pb), 붕소(B), 갈륨(Ga) 및 인듐(In) 중 적어도 하나를 0.001 내지 1wt%로 포함할 수 있다.Here, the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 may be bismuth steluride (Bi-Te)-based thermoelectric legs including bismuth (Bi) and tellurium (Te) as main raw materials. P-type thermoelectric leg 130 is antimony (Sb), nickel (Ni), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), lead (Pb), boron (B), gallium (Ga), tellurium It may be a bismuth steluride (Bi-Te)-based thermoelectric leg containing at least one of (Te), bismuth (Bi), and indium (In). For example, the P-type thermoelectric leg 130 contains 99 to 99.999 wt% of Bi-Sb-Te, which is a main raw material, based on 100 wt% of the total weight, and nickel (Ni), aluminum (Al), and copper (Cu) , Silver (Ag), lead (Pb), boron (B), gallium (Ga), and at least one of indium (In) may be included in an amount of 0.001 to 1 wt%. The N-type thermoelectric leg 140 includes selenium (Se), nickel (Ni), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), lead (Pb), boron (B), gallium (Ga), and tellurium. It may be a bismuth steluride (Bi-Te)-based thermoelectric leg containing at least one of (Te), bismuth (Bi), and indium (In). For example, the N-type thermoelectric leg 140 contains 99 to 99.999 wt% of Bi-Se-Te, which is a main raw material, based on 100 wt% of the total weight, and nickel (Ni), aluminum (Al), and copper (Cu) , Silver (Ag), lead (Pb), boron (B), gallium (Ga), and at least one of indium (In) may be included in an amount of 0.001 to 1 wt%.

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. 이때, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 다결정 열전 레그일 수 있다. 다결정 열전 레그를 위하여, 열전 레그용 분말을 소결할 때, 100MPa 내지 200MPa로 압축할 수 있다. 예를 들어, P형 열전 레그(130)의 소결 시 열전 레그용 분말을 100 내지 150MPa, 바람직하게는 110 내지 140MPa, 더욱 바람직하게는 120 내지 130MPa로 소결할 수 있다. 그리고, N형 열전 레그(130)의 소결 시 열전 레그용 분말을 150 내지 200MPa, 바람직하게는 160 내지 195MPa, 더욱 바람직하게는 170 내지 190MPa로 소결할 수 있다. 이와 같이, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 다결정 열전 레그인 경우, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)의 강도가 높아질 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.The P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 may be formed in a bulk type or a stacked type. In general, the bulk-type P-type thermoelectric leg 130 or the bulk-type N-type thermoelectric leg 140 heats a thermoelectric material to produce an ingot, pulverizes the ingot and sifts it to obtain powder for thermoelectric legs, It can be obtained through the process of sintering and cutting the sintered body. In this case, the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 may be polycrystalline thermoelectric legs. For polycrystalline thermoelectric legs, when the powder for thermoelectric legs is sintered, it can be compressed to 100 MPa to 200 MPa. For example, when the P-type thermoelectric leg 130 is sintered, the powder for the thermoelectric leg may be sintered to 100 to 150 MPa, preferably 110 to 140 MPa, and more preferably 120 to 130 MPa. In addition, when the N-type thermoelectric leg 130 is sintered, the powder for the thermoelectric leg may be sintered to 150 to 200 MPa, preferably 160 to 195 MPa, and more preferably 170 to 190 MPa. As described above, when the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 are polycrystalline thermoelectric legs, the strength of the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 may be increased. The stacked P-type thermoelectric leg 130 or the stacked N-type thermoelectric leg 140 forms a unit member by applying a paste containing a thermoelectric material on a sheet-shaped substrate, and then laminating and cutting the unit member. Can be obtained.

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. In this case, the pair of P-type thermoelectric legs 130 and N-type thermoelectric legs 140 may have the same shape and volume, or may have different shapes and volumes. For example, since the electrical conduction characteristics of the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 are different, the height or cross-sectional area of the N-type thermoelectric leg 140 is the height or cross-sectional area of the P-type thermoelectric leg 130. It can also be formed differently.

이때, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 원통 형상, 다각 기둥 형상, 타원형 기둥 형상 등을 가질 수 있다. At this time, the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140 may have a cylindrical shape, a polygonal column shape, an elliptical column shape, or the like.

또는, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 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. 각 구조물은 개구 패턴을 가지는 전도성층을 더 포함할 수 있으며, 이에 따라 구조물 간의 접착력을 높이고, 열전도도를 낮추며, 전기전도도를 높일 수 있다. Alternatively, the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140 may have a stacked structure. For example, the P-type thermoelectric leg or the N-type thermoelectric leg may be formed by laminating a plurality of structures coated with a semiconductor material on a sheet-shaped substrate and then cutting them. Accordingly, it is possible to prevent material loss and improve electrical conduction properties. Each structure may further include a conductive layer having an opening pattern, thereby increasing adhesion between structures, lowering thermal conductivity, and increasing electrical conductivity.

또는, P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)는 하나의 열전 레그 내에서 단면적이 상이하도록 형성될 수도 있다. 예를 들어, 하나의 열전 레그 내에서 전극을 향하도록 배치되는 양 단부의 단면적이 양 단부 사이의 단면적보다 크게 형성될 수도 있다. 이에 따르면, 양 단부 간의 온도차를 크게 형성할 수 있으므로, 열전효율이 높아질 수 있다. Alternatively, the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140 may be formed to have different cross-sectional areas within one thermoelectric leg. For example, a cross-sectional area of both ends disposed to face the electrode in one thermoelectric leg may be formed larger than a cross-sectional area between both ends. According to this, since the temperature difference between both ends can be formed large, thermoelectric efficiency can be increased.

본 발명의 한 실시예에 따른 열전 소자의 성능은 열전성능 지수(figure of merit, ZT)로 나타낼 수 있다. 열전성능 지수(ZT)는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. The performance of the thermoelectric device according to an embodiment of the present invention may be expressed as a figure of merit (ZT). The thermoelectric performance index (ZT) can be expressed as in Equation 1.

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·cp·ρ로 나타낼 수 있으며, a는 열확산도[cm²/S]이고, cp 는 비열[J/gK]이며, ρ는 밀도[g/cm³]이다.Here, α is the Seebeck coefficient [V/K], σ is the electrical conductivity [S/m], and α ² σ is the power factor (W/mK2]). And, T is the temperature, and k is the thermal conductivity [W/mK]. k can be expressed as a·cp·ρ, a is the thermal diffusivity [cm ² /S], cp is the specific heat [J/gK], and ρ is the density [g/cm ³ ].

열전 소자의 열전성능 지수를 얻기 위하여, Z미터를 이용하여 Z 값(V/K)을 측정하며, 측정한 Z값을 이용하여 열전성능 지수(ZT)를 계산할 수 있다. In order to obtain the thermoelectric performance index of the thermoelectric element, the Z value (V/K) is measured using a Z meter, and the thermoelectric performance index (ZT) can be calculated using the measured Z value.

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), 알루미늄(Al) 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.Here, the lower electrode 120 disposed between the lower substrate 110 and the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140, and the upper substrate 160 and the P-type thermoelectric leg 130 and N-type The upper electrode 150 disposed between the thermoelectric legs 140 includes at least one of copper (Cu), silver (Ag), aluminum (Al), and nickel (Ni), and has a thickness of 0.01mm to 0.3mm. I can. If the thickness of the lower electrode 120 or the upper electrode 150 is less than 0.01 mm, the function as an electrode may be degraded, resulting in a decrease in electrical conduction performance, and if it exceeds 0.3 mm, the conduction efficiency may be lowered due to an increase in resistance. .

그리고, 상호 대향하는 하부 기판(110)과 상부 기판(160)은 금속 기판일 수 있으며, 그 두께는 0.1mm~1.5mm일 수 있다. 금속 기판의 두께가 0.1mm 미만이거나, 1.5mm를 초과하는 경우, 방열 특성 또는 열전도율이 지나치게 높아질 수 있으므로, 열전 소자의 신뢰성이 저하될 수 있다. 다만, 여기에서 설명한 금속 기판의 두께는 예시적인 것이며, 열전소자(100)의 크기 및 적용되는 애플리케이션에 따라 달라질 수 있다. 금속 기판은, 예를 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금 또는 알루미늄-구리 합금 기판일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며 열전도 성능이 높은 금속으로 이루어진 기판일 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 절연층(170)이 더 형성될 수 있다. 절연층(170)은 1~20W/mK의 열전도도를 가지는 소재를 포함할 수 있다.In addition, the lower substrate 110 and the upper substrate 160 facing each other may be metal substrates, and the thickness thereof may be 0.1mm to 1.5mm. When the thickness of the metal substrate is less than 0.1 mm or exceeds 1.5 mm, heat dissipation characteristics or thermal conductivity may be excessively high, and thus the reliability of the thermoelectric element may be deteriorated. However, the thickness of the metal substrate described herein is exemplary, and may vary depending on the size of the thermoelectric element 100 and the applied application. The metal substrate may be, for example, aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, or aluminum-copper alloy substrate, but is not limited thereto and may be a substrate made of a metal having high thermal conductivity. In addition, when the lower substrate 110 and the upper substrate 160 are metal substrates, an insulating layer 170 is provided between the lower substrate 110 and the lower electrode 120 and between the upper substrate 160 and the upper electrode 150, respectively. ) Can be further formed. The insulating layer 170 may include a material having a thermal conductivity of 1 to 20 W/mK.

이때, 절연층(170)은 수지 조성물 및 무기충전재를 포함할 수 있다. 수지 조성물은 에폭시 수지 조성물 및 실리콘 수지 조성물 중 적어도 하나를 포함하는 수지층으로 이루어 질 수 있으며, 무기충전재는 산화물 및 질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이에 따라, 절연층(170)은 절연성, 접합력 및 열전도 성능을 향상시킬 수 있다. 여기서 절연성은 인접한 층 간의 절연은 물론 고전압 하에서의 절연 파괴를 방지하는 내전압 특성을 의미할 수 있다.In this case, the insulating layer 170 may include a resin composition and an inorganic filler. The resin composition may be made of a resin layer including at least one of an epoxy resin composition and a silicone resin composition, and the inorganic filler may include at least one of an oxide and a nitride. Accordingly, the insulating layer 170 may improve insulation, adhesion, and heat conduction performance. Here, insulation may mean insulation between adjacent layers as well as withstand voltage characteristics that prevent dielectric breakdown under high voltage.

여기서, 무기충전재는 수지층의 68 내지 88vol%로 포함될 수 있다. 무기충전재가 68vol%미만으로 포함되면, 열전도 효과가 낮을 수 있으며, 무기충전재가 88vol%를 초과하여 포함되면 수지층은 쉽게 깨질 수 있다.Here, the inorganic filler may be included in 68 to 88 vol% of the resin layer. If the inorganic filler is included in less than 68 vol%, the heat conduction effect may be low, and if the inorganic filler is included in excess of 88 vol%, the resin layer may be easily broken.

그리고, 수지 조성물이 에폭시 수지를 포함하는 경우, 에폭시 수지는 에폭시 화합물 및 경화제를 포함할 수 있다. 이때, 에폭시 화합물 10 부피비에 대하여 경화제 1 내지 10 부피비로 포함될 수 있다. 여기서, 에폭시 화합물은 결정성 에폭시 화합물, 비결정성 에폭시 화합물 및 실리콘 에폭시 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 수지 조성물이 실리콘 수지를 포함하는 경우, 실리콘 수지는 PDMS(polydimethylsiloxane)를 포함할 수 있다.In addition, when the resin composition includes an epoxy resin, the epoxy resin may include an epoxy compound and a curing agent. At this time, the curing agent may be included in a volume ratio of 1 to 10 with respect to 10 volume ratio of the epoxy compound. Here, the epoxy compound may include at least one of a crystalline epoxy compound, an amorphous epoxy compound, and a silicone epoxy compound. When the resin composition includes a silicone resin, the silicone resin may include polydimethylsiloxane (PDMS).

무기충전재는 방열 또는 절연 특성을 갖는 산화물 및 질화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 질화물은 무기충전재의 55 내지 95wt%로 포함될 수 있으며, 더 좋게는 60~80wt% 일 수 있다. 질화물이 이러한 수치범위로 포함될 경우, 열전도도 및 접합 강도를 높일 수 있다. 여기서, 질화물은, 질화붕소 및 질화알루미늄 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 산화물은 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화아연 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The inorganic filler may include at least one of oxides and nitrides having heat dissipation or insulating properties, and the nitride may be included as 55 to 95 wt% of the inorganic filler, and more preferably 60 to 80 wt%. When nitride is included in this numerical range, thermal conductivity and bonding strength can be increased. Here, the nitride may include at least one of boron nitride and aluminum nitride, and the oxide may include at least one of aluminum oxide, titanium oxide, and zinc oxide.

질화물이 질화붕소를 포함하는 경우, 질화붕소는 응집체 형태로 적용될 수 있으며, 이때, 질화붕소 응집체의 입자크기 D50은 250 내지 350㎛이고, 산화알루미늄의 입자크기 D50은 10 내지 30㎛일 수 있다. 질화붕소 응집체의 입자크기 D50과 산화알루미늄의 입자크기 D50이 이러한 수치 범위를 만족할 경우, 질화붕소 응집체와 산화알루미늄이 수지층 내에 고르게 분산될 수 있으며, 이에 따라 수지층 전체적으로 고른 열전도 효과 및 접착 성능을 가질 수 있다.When the nitride contains boron nitride, the boron nitride may be applied in the form of an agglomerate. In this case, the particle size D50 of the boron nitride agglomerate may be 250 to 350 μm, and the particle size D50 of the aluminum oxide may be 10 to 30 μm. When the particle size D50 of the boron nitride agglomerates and the particle size D50 of the aluminum oxide satisfy these numerical ranges, the boron nitride agglomerates and aluminum oxide can be evenly dispersed in the resin layer, thereby providing an even heat conduction effect and adhesion performance throughout the resin layer. I can have it.

도시되지 않았으나, 하부 기판(110)과 하부 전극(120) 사이 및 상부 기판(160)과 상부 전극(150) 사이에 배치된 절연층(170) 중 적어도 하나는 복수의 층으로 이루어질 수 있다. 이때, 복수의 층 각각은 동일하거나 서로 상이한 수지 조성물 또는 무기충전재를 포함하여 형성될 수 있으며, 각각의 층 두께는 서로 상이할 수 있다. 이에 따라, 절연층(170)은 절연성, 접합력 및 열전도 성능 중 적어도 하나의 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.Although not shown, at least one of the insulating layers 170 disposed between the lower substrate 110 and the lower electrode 120 and between the upper substrate 160 and the upper electrode 150 may be formed of a plurality of layers. At this time, each of the plurality of layers may be formed of the same or different resin compositions or inorganic fillers, and each layer may have a different thickness. Accordingly, the insulating layer 170 may further improve at least one of insulating properties, bonding strength, and heat conduction performance.

또는, 상호 대향하는 하부 기판(110)과 상부 기판(160)은 절연 기판일 수도 있다. 절연 기판은 열전도 성능 및 절연 성능을 가지는 세라믹 기판 또는 고분자 수지로 이루어진 기판일 수 있다. 세라믹 기판은, 예를 들어 산화알루미늄 기판, 질화알루미늄 기판 등일 수 있다. Alternatively, the lower substrate 110 and the upper substrate 160 facing each other may be insulating substrates. The insulating substrate may be a ceramic substrate or a substrate made of a polymer resin having thermal conductivity and insulation performance. The ceramic substrate may be, for example, an aluminum oxide substrate, an aluminum nitride substrate, or the like.

또는, 상호 대향하는 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 중 하나는 금속 기판이고, 다른 하나는 절연 기판일 수도 있다.Alternatively, one of the lower substrate 110 and the upper substrate 160 facing each other may be a metal substrate, and the other may be an insulating substrate.

하부 기판(110)과 상부 기판(160)의 크기는 다르게 형성될 수도 있다. 바람직하게는, 하부 기판(110)의 체적, 두께 또는 면적을 상부 기판(160)의 체적, 두께 또는 면적보다 크게 형성하여 고온영역 또는 저온영역에 선택적으로 배치할 수 있다. 예를 들어, 방열 성능의 상대적 향상을 통한 열전달 효율 최적화가 필요한 경우, 하부기판(110)은 고온영역에 배치될 수 있으며, 이와는 반대로 흡열 성능의 상대적 향상을 통한 열전달 효율 최적화가 필요한 경우, 하부기판(110)은 저온영역에 배치될 수 있다. The lower substrate 110 and the upper substrate 160 may have different sizes. Preferably, the volume, thickness, or area of the lower substrate 110 may be formed larger than the volume, thickness, or area of the upper substrate 160 and may be selectively disposed in a high temperature region or a low temperature region. For example, when it is necessary to optimize heat transfer efficiency through relative improvement of heat dissipation performance, the lower substrate 110 may be disposed in a high temperature region. 110 may be disposed in a low temperature region.

다른 예로서, 외부환경으로부터 열전모듈의 보호를 위한 실링부재가 하부기판(110) 상에 배치되는 경우, 저온영역 또는 고온영역과의 결합을 위하여 별도의 접합 또는 체결영역이 하부기판(110)에 형성되는 경우에 상부기판(160) 보다 체적, 두께 또는 면적 중 적어도 하나를 더 크게 할 수 있다. 이때, 하부기판(110)의 면적은 상부기판(160)의 면적대비 1.2 내지 5배의 범위로 형성할 수 있다. 하부기판(110)의 면적이 상부기판(160)에 비해 1.2배 미만으로 형성되는 경우, 열전달 효율 향상에 미치는 영향은 높지 않으며, 5배를 초과하는 경우에는 오히려 열전달 효율이 현저하게 떨어지며, 열전모듈의 기본 형상을 유지하기 어려울 수 있다. As another example, when a sealing member for protecting the thermoelectric module from the external environment is disposed on the lower substrate 110, a separate bonding or fastening region is attached to the lower substrate 110 for coupling with the low temperature region or the high temperature region. When formed, at least one of the volume, thickness, or area may be larger than the upper substrate 160. In this case, the area of the lower substrate 110 may be formed in a range of 1.2 to 5 times the area of the upper substrate 160. If the area of the lower substrate 110 is less than 1.2 times that of the upper substrate 160, the effect on the improvement of heat transfer efficiency is not high, and if it exceeds 5 times, the heat transfer efficiency is significantly lowered. It can be difficult to maintain its basic shape.

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. 열전소자(100)는 하부기판(110), 하부전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140), 상부전극(150) 및 상부기판(160)을 포함한다.In addition, a heat dissipation pattern, for example, an uneven pattern may be formed on at least one surface of the lower substrate 110 and the upper substrate 160. Accordingly, it is possible to increase the heat dissipation performance of the thermoelectric element. When the uneven pattern is formed on a surface in contact with the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140, bonding characteristics between the thermoelectric leg and the substrate may also be improved. The thermoelectric device 100 includes a lower substrate 110, a lower electrode 120, a P-type thermoelectric leg 130, an N-type thermoelectric leg 140, an upper electrode 150, and an upper substrate 160.

도시되지 않았으나, 하부기판(110)과 상부기판(160) 사이에는 실링부재가 더 배치될 수도 있다. 실링부재는 하부기판(110)과 상부기판(160) 사이에서 하부전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140) 및 상부전극(150)의 측면에 배치될 수 있다. 이에 따라, 하부전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140) 및 상부전극(150)은 외부의 습기, 열, 오염 등으로부터 실링될 수 있다. 여기서, 실링부재는, 복수의 하부전극(120)의 최외곽, 복수의 P형 열전 레그(130) 및 복수의 N형 열전 레그(140)의 최외곽 및 복수의 상부전극(150)의 최외곽의 측면으로부터 소정 거리 이격되어 배치되는 실링 케이스, 실링 케이스와 하부 기판(110) 사이에 배치되는 실링재 및 실링 케이스와 상부 기판(160) 사이에 배치되는 실링재를 포함할 수 있다. 이와 같이, 실링 케이스는 실링재를 매개로 하여 하부 기판(110) 및 상부 기판(160)과 접촉할 수 있다. 이에 따라, 실링 케이스가 하부 기판(110) 및 상부 기판(160)과 직접 접촉할 경우 실링 케이스를 통해 열전도가 일어나게 되고, 결과적으로 하부 기판(110)과 상부 기판(160) 간의 온도 차가 낮아지는 문제를 방지할 수 있다. 여기서, 실링재는 에폭시 수지 및 실리콘 수지 중 적어도 하나를 포함하거나, 에폭시 수지 및 실리콘 수지 중 적어도 하나가 양면에 도포된 테이프를 포함할 수 있다. 실링재는 실링 케이스와 하부 기판(110) 사이 및 실링 케이스와 상부 기판(160) 사이를 기밀하는 역할을 하며, 하부전극(120), P형 열전 레그(130), N형 열전 레그(140) 및 상부전극(150)의 실링 효과를 높일 수 있고, 마감재, 마감층, 방수재, 방수층 등과 혼용될 수 있다. 다만, 실링부재에 관한 이상의 설명은 예시에 지나지 않으며, 실링부재는 다양한 형태로 변형될 수 있다. 도시되지 않았으나, 실링부재를 둘러싸도록 단열재가 더 포함될 수도 있다. 또는 실링부재는 단열 성분을 포함할 수도 있다.Although not shown, a sealing member may be further disposed between the lower substrate 110 and the upper substrate 160. The sealing member may be disposed on the side of the lower electrode 120, the P-type thermoelectric leg 130, the N-type thermoelectric leg 140, and the upper electrode 150 between the lower substrate 110 and the upper substrate 160. . Accordingly, the lower electrode 120, the P-type thermoelectric leg 130, the N-type thermoelectric leg 140, and the upper electrode 150 may be sealed from external moisture, heat, contamination, and the like. Here, the sealing member is the outermost of the plurality of lower electrodes 120, the outermost of the plurality of P-type thermoelectric legs 130 and the plurality of N-type thermoelectric legs 140, and the outermost of the plurality of upper electrodes 150 It may include a sealing case disposed to be spaced apart from the side of the sealing case, a sealing material disposed between the sealing case and the lower substrate 110, and a sealing material disposed between the sealing case and the upper substrate 160. In this way, the sealing case may contact the lower substrate 110 and the upper substrate 160 through the sealing material. Accordingly, when the sealing case directly contacts the lower substrate 110 and the upper substrate 160, heat conduction occurs through the sealing case, and as a result, the temperature difference between the lower substrate 110 and the upper substrate 160 decreases. Can be prevented. Here, the sealing material may include at least one of an epoxy resin and a silicone resin, or a tape in which at least one of an epoxy resin and a silicone resin is coated on both sides. The sealing material serves to airtight between the sealing case and the lower substrate 110 and between the sealing case and the upper substrate 160, and the lower electrode 120, the P-type thermoelectric leg 130, the N-type thermoelectric leg 140, and The sealing effect of the upper electrode 150 may be increased, and may be mixed with a finishing material, a finishing layer, a waterproof material, a waterproof layer, and the like. However, the above description of the sealing member is merely an example, and the sealing member may be modified in various forms. Although not shown, an insulating material may be further included to surround the sealing member. Alternatively, the sealing member may include a heat insulating component.

한편, P형 열전 레그(130) 및 N형 열전 레그(140)는 도 1(a) 또는 도 1(b)에서 도시하는 구조를 가질 수 있다. 도 1(a)를 참조하면, 열전 레그(130, 140)는 열전 소재층(132, 142), 열전 소재층(132, 142)의 한 면 상에 적층되는 제1 도금층(134-1, 144-1), 및 열전 소재층(132, 142)의 한 면과 대향하여 배치되는 다른 면에 적층되는 제2 도금층(134-2, 144-2)을 포함할 수 있다. 또는, 도 1(b)를 참조하면, 열전 레그(130, 140)는 열전 소재층(132, 142), 열전 소재층(132, 142)의 한 면 상에 적층되는 제1 도금층(134-1, 144-1), 열전 소재층(132, 142)의 한 면과 대향하여 배치되는 다른 면에 적층되는 제2 도금층(134-2, 144-2), 열전 소재층(132, 142)과 제1 도금층(134-1, 144-1) 사이 및 열전 소재층(132, 142)과 제2 도금층(134-2, 144-2) 사이에 각각 배치되는 제1 버퍼층(136-1, 146-1) 및 제2 버퍼층(136-2, 146-2)을 포함할 수 있다. 또는, 열전 레그(130, 140)는 제1 도금층(134-1, 144-1) 및 제2 도금층(134-2, 144-2) 각각과 하부 기판(110) 및 상부 기판(160) 각각 사이에 적층되는 금속층을 더 포함할 수도 있다.Meanwhile, the P-type thermoelectric leg 130 and the N-type thermoelectric leg 140 may have a structure shown in FIG. 1(a) or 1(b). Referring to FIG. 1(a), the thermoelectric legs 130 and 140 include thermoelectric material layers 132 and 142, and first plating layers 134-1 and 144 stacked on one surface of the thermoelectric material layers 132 and 142. -1), and second plating layers 134-2 and 144-2 that are stacked on the other surface of the thermoelectric material layers 132 and 142 to face one surface. Alternatively, referring to FIG. 1(b), the thermoelectric legs 130 and 140 include the thermoelectric material layers 132 and 142, and the first plating layer 134-1 stacked on one surface of the thermoelectric material layers 132 and 142. , 144-1), the second plating layers 134-2 and 144-2, the thermoelectric material layers 132 and 142, and the second plating layers 134-2 and 144-2 stacked on the other side that faces one side of the thermoelectric material layers 132 and 142. 1 First buffer layers 136-1 and 146-1 disposed between the plating layers 134-1 and 144-1 and between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the second plating layers 134-2 and 144-2, respectively ) And second buffer layers 136-2 and 146-2. Alternatively, the thermoelectric legs 130 and 140 are between each of the first plating layers 134-1 and 144-1 and the second plating layers 134-2 and 144-2, and the lower substrate 110 and the upper substrate 160, respectively. It may further include a metal layer laminated on.

여기서, 열전 소재층(132, 142)은 반도체 재료인 비스무스(Bi) 및 텔루륨(Te)을 포함할 수 있다. 열전 소재층(132, 142)은 전술한 P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)와 동일한 소재 또는 형상을 가질 수 있다. 열전 소재층(132, 142)이 다결정인 경우, 열전소재층(132, 142), 제1 버퍼층(136-1, 146-1) 및 제1 도금층(134-1, 144-1)의 접합력 및 열전소재층(132, 142), 제2 버퍼층(136-2, 146-2) 및 제2 도금층(134-2, 144-2) 간의 접합력이 높아질 수 있다. 이에 따라, 진동이 발생하는 애플리케이션, 예를 들어 차량, 선박, 항공 등의 이동수단에 열전소자(100)가 적용되더라도 제1 도금층(134-1, 144-1) 및 제2 도금층(134-2, 144-2)이 P형 열전 레그(130) 또는 N형 열전 레그(140)로부터 이탈되어 탄화되는 문제를 방지할 수 있으며, 열전소자(100)의 내구성 및 신뢰성을 높일 수 있다.Here, the thermoelectric material layers 132 and 142 may include bismuth (Bi) and tellurium (Te), which are semiconductor materials. The thermoelectric material layers 132 and 142 may have the same material or shape as the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140 described above. When the thermoelectric material layers 132 and 142 are polycrystalline, the bonding strength of the thermoelectric material layers 132 and 142, the first buffer layers 136-1 and 146-1, and the first plating layers 134-1 and 144-1, and Adhesion between the thermoelectric material layers 132 and 142, the second buffer layers 136-2 and 146-2, and the second plating layers 134-2 and 144-2 may be increased. Accordingly, even if the thermoelectric element 100 is applied to an application in which vibration occurs, for example, a vehicle, a ship, or a vehicle, the first plating layer 134-1 and 144-1 and the second plating layer 134-2 are applied. , 144-2) may be separated from the P-type thermoelectric leg 130 or the N-type thermoelectric leg 140 to prevent carbonization, and increase durability and reliability of the thermoelectric element 100.

그리고, 금속층은 구리(Cu), 구리 합금, 알루미늄(Al) 및 알루미늄 합금으로부터 선택될 수 있으며, 0.1 내지 0.5mm, 바람직하게는 0.2 내지 0.3mm의 두께를 가질 수 있다.In addition, the metal layer may be selected from copper (Cu), copper alloy, aluminum (Al), and aluminum alloy, and may have a thickness of 0.1 to 0.5 mm, preferably 0.2 to 0.3 mm.

다음으로, 제1 도금층(134-1, 144-1) 및 제2 도금층(134-2, 144-2)은 각각 Ni, Sn, Ti, Fe, Sb, Cr 및 Mo 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 1 내지 20㎛, 바람직하게는 1 내지 10㎛의 두께를 가질 수 있다. 제1 도금층(134-1, 144-1) 및 제2 도금층(134-2, 144-2)은 열전 소재층(132, 142) 내 반도체 재료인 Bi 또는 Te와 금속층 간의 반응을 막으므로, 열전 소자의 성능 저하를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 금속층의 산화를 방지할 수 있다. Next, the first plating layers 134-1 and 144-1 and the second plating layers 134-2 and 144-2 may each include at least one of Ni, Sn, Ti, Fe, Sb, Cr, and Mo. And, it may have a thickness of 1 to 20㎛, preferably 1 to 10㎛. The first plating layers 134-1 and 144-1 and the second plating layers 134-2 and 144-2 prevent the reaction between Bi or Te, which is a semiconductor material in the thermoelectric material layers 132 and 142, and the metal layer. Not only can the performance of the device be prevented from being deteriorated, but oxidation of the metal layer can be prevented.

이때, 열전 소재층(132, 142)과 제1 도금층(134-1, 144-1) 사이 및 열전 소재층(132, 142)과 제2 도금층(134-2, 144-2) 사이에는 제1 버퍼층(136-1, 146-1) 및 제2 버퍼층(136-2, 146-2)이 배치될 수 있다. 이때, 제1 버퍼층(136-1, 146-1) 및 제2 버퍼층(136-2, 146-2)은 Te를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 버퍼층(136-1, 146)-1 및 제2 버퍼층(136-2, 146-2)은 Ni-Te, Sn-Te, Ti-Te, Fe-Te, Sb-Te, Cr-Te 및 Mo-Te 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 열전 소재층(132, 142)과 제1 도금층(134-1, 144-1) 및 제2 도금층(134-2, 144-2) 사이에 Te를 포함하는 제1 버퍼층(136-1, 146-1) 및 제2 버퍼층(136-2, 146-2)이 배치되면, 열전 소재층(132, 142) 내 Te가 제1 도금층(134-1, 144-1) 및 제2 도금층(134-2, 144-2)으로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, Bi 리치 영역으로 인하여 열전소재층 내 전기 저항이 증가하는 문제를 방지할 수 있다. At this time, between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the first plating layers 134-1 and 144-1, and between the thermoelectric material layers 132 and 142 and the second plating layers 134-2 and 144-2, the first The buffer layers 136-1 and 146-1 and the second buffer layers 136-2 and 146-2 may be disposed. In this case, the first buffer layers 136-1 and 146-1 and the second buffer layers 136-2 and 146-2 may include Te. For example, the first buffer layers 136-1 and 146-1 and the second buffer layers 136-2 and 146-2 are Ni-Te, Sn-Te, Ti-Te, Fe-Te, Sb-Te, It may contain at least one of Cr-Te and Mo-Te. According to an embodiment of the present invention, a first including Te between the thermoelectric material layers 132 and 142, the first plating layers 134-1 and 144-1, and the second plating layers 134-2 and 144-2 When the buffer layers 136-1 and 146-1 and the second buffer layers 136-2 and 146-2 are disposed, Te in the thermoelectric material layers 132 and 142 is the first plating layers 134-1 and 144-1. And diffusion to the second plating layers 134-2 and 144-2 may be prevented. Accordingly, it is possible to prevent an increase in electrical resistance in the thermoelectric material layer due to the Bi-rich region.

이상에서, 하부 기판(110), 하부 전극(120), 상부 전극(150) 및 상부 기판(160)이라는 용어를 사용하고 있으나, 이는 이해의 용이 및 설명의 편의를 위하여 임의로 상부 및 하부로 지칭한 것일 뿐이며, 하부 기판(110) 및 하부 전극(120)이 상부에 배치되고, 상부 전극(150) 및 상부 기판(160)이 하부에 배치되도록 위치가 역전될 수도 있다. 본 명세서에서, 하부 기판(110)은 제1 기판(110)과 혼용될 수 있고, 하부 전극(120)은 제1 전극(120)과 혼용될 수 있으며, 상부 전극(150)은 제2 전극(150)과 혼용될 수 있고, 상부 기판(160)은 제2 기판(160)과 혼용될 수 있다.In the above, the terms of the lower substrate 110, the lower electrode 120, the upper electrode 150, and the upper substrate 160 are used, but these are arbitrarily referred to as upper and lower portions for ease of understanding and convenience of description. However, the position may be reversed so that the lower substrate 110 and the lower electrode 120 are disposed on the upper side, and the upper electrode 150 and the upper substrate 160 are disposed on the lower side. In this specification, the lower substrate 110 may be mixed with the first substrate 110, the lower electrode 120 may be mixed with the first electrode 120, and the upper electrode 150 may be a second electrode ( 150) may be mixed, and the upper substrate 160 may be mixed with the second substrate 160.

본 명세서에서, 변압기(transformer)는 전압을 높이거나 낮추는 장치이며, 전선으로 흐르는 높은 전압의 전류를 가정 또는 산업체에 분배할 수 있다. 변압기는 전신주 등에 설치되거나, 별도로 설치될 수도 있다. 일반적으로, 변압기는 코일의 상호 유도 현상을 이용하므로, 변압기의 온도는 높아질 수 있다. 변압기의 온도를 낮추기 위하여, 변압기의 표면에 방열판 등이 설치될 수 있다. 이에 따라, 변압기의 방열판은 주변 공기의 온도에 비하여 높은 온도를 가지며, 방열판을 통하여 폐열이 발산한다.In the present specification, a transformer is a device that increases or decreases a voltage, and may distribute a high voltage current flowing through a wire to households or industries. The transformer may be installed on a telephone pole or the like, or may be installed separately. In general, since the transformer uses the mutual induction phenomenon of the coil, the temperature of the transformer may be increased. In order to lower the temperature of the transformer, a heat sink or the like may be installed on the surface of the transformer. Accordingly, the heat sink of the transformer has a higher temperature than the temperature of the surrounding air, and waste heat is dissipated through the heat sink.

본 발명의 실시예에 따르면, 방열판의 폐열 및 열전소자를 이용하여 전기를 발생시키고자 한다.According to an embodiment of the present invention, it is intended to generate electricity using waste heat of a heat sink and a thermoelectric element.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 발전 장치의 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 발전 장치의 사시도이다. 3 is an exploded perspective view of a power generation device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a perspective view of a power generation device according to an embodiment of the present invention.

도 3 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치는 변압기의 방열판(10) 상에 배치된 복수의 열전소자(100), 복수의 열전소자(100) 상에 배치된 히트싱크(200), 히트싱크(200)와 방열판(10)을 고정하는 고정부재(300), 그리고 복수의 열전소자(100)로부터 발생한 전기를 저장하는 배터리(400)를 포함한다. 배터리(400)에 저장된 전기를 조명에 이용하고자 하는 경우, 본 발명의 실시예에 따른 발전 장치는 조명부(500)를 더 포함할 수도 있다. 조명부(500)는 배터리(400)에 연결되며, 배터리(400)의 전력에 의하여 구동될 수 있다. 예를 들어, 변압기가 전신주에 설치된 경우, 조명부(500)는 가로등의 역할을 할 수도 있다.3 to 4, the power generation device according to the embodiment of the present invention includes a plurality of thermoelectric elements 100 disposed on a heat sink 10 of a transformer, and a heat sink disposed on a plurality of thermoelectric elements 100. 200, a fixing member 300 for fixing the heat sink 200 and the heat sink 10, and a battery 400 for storing electricity generated from the plurality of thermoelectric elements 100. When the electricity stored in the battery 400 is to be used for lighting, the power generation device according to an embodiment of the present invention may further include a lighting unit 500. The lighting unit 500 is connected to the battery 400 and may be driven by the power of the battery 400. For example, when a transformer is installed on a telephone pole, the lighting unit 500 may serve as a street light.

여기서, 변압기의 방열판(10)이 이격된 두 장의 방열판(12, 14)이 연결부재(16)를 통하여 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 방열판(10)은 두 장 이상의 방열판을 포함할 수도 있고, 한 장의 방열판으로 이루어질 수도 있다. 방열판(12, 14) 및 연결부재(16)는 모두 열전도 성능을 가지는 금속 재질로 이루어질 수 있다.Here, two heat sinks 12 and 14 spaced apart from the heat sink 10 of the transformer are shown to be connected through the connection member 16, but are not limited thereto. The heat sink 10 may include two or more heat sinks, or may be formed of one heat sink. Both the heat sinks 12 and 14 and the connection member 16 may be made of a metal material having heat conduction performance.

복수의 열전소자(100)는 방열판(10) 상에 배치된다. 여기서, 열전소자(100)에 관한 상세한 구성은 도 1 내지 도 2를 통하여 설명되고 있다.The plurality of thermoelectric elements 100 are disposed on the heat sink 10. Here, a detailed configuration of the thermoelectric device 100 has been described with reference to FIGS. 1 to 2.

복수의 열전소자(100)는 소정 간격으로 서로 이격되도록 배치될 수 있다. 여기서, 2*4의 열전소자(100)가 배치된 것으로 예시되어 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 다양하게 변형될 수 있다. The plurality of thermoelectric elements 100 may be disposed to be spaced apart from each other at predetermined intervals. Here, although it is illustrated that the 2*4 thermoelectric element 100 is disposed, it is not limited thereto, and may be variously modified.

여기서, 복수의 열전소자(100)는 버스 바(180)를 이용하여 전기적으로 서로 연결될 수 있다. 버스 바(180)는 행 별로 또는 열 별로 연결될 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 전기적 경로 및 우회 경로를 고려하여 다양한 방식으로 연결될 수 있다. 복수의 열전소자(100)가 버스 바(180)를 이용하여 연결되면, 와이어링을 위한 복잡한 공정이 생략될 수 있으며, 조립 및 설계가 단순화될 수 있다. Here, the plurality of thermoelectric elements 100 may be electrically connected to each other using the bus bar 180. The bus bar 180 may be connected by row or column, but is not limited thereto, and may be connected in various ways in consideration of an electrical path and a bypass path. When a plurality of thermoelectric elements 100 are connected using the bus bar 180, a complicated process for wiring may be omitted, and assembly and design may be simplified.

또한, 소정의 간격으로 서로 이격되도록 배치된 복수의 열전소자(100)가 버스 바(180)를 통하여 연결될 경우, 방열판(10)의 전체 영역으로부터 고르게 열을 흡수할 수 있으며, 이에 따라 발전 효율을 높일 수 있다. In addition, when a plurality of thermoelectric elements 100 arranged to be spaced apart from each other at a predetermined interval are connected through the bus bar 180, heat can be evenly absorbed from the entire area of the heat sink 10, thereby improving power generation efficiency. You can increase it.

본 발명의 실시예에 따르면, 각 열전소자(100)의 제1 기판(110)은 방열판(10) 상에 배치되고, 각 열전소자(100)의 제2 기판(160) 상에는 히트싱크(200)가 배치될 수 있다. 이에 따르면, 변압기의 방열판(10)이 배치된 제1 기판(110)은 고온부로 작용하고, 히트싱크(200)가 배치된 제2 기판(160)은 저온부로 작용하여 제1 기판(110)과 제2 기판(160) 간 델타T로 인하여 전기가 생성될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the first substrate 110 of each thermoelectric element 100 is disposed on the heat sink 10, and the heat sink 200 is disposed on the second substrate 160 of each thermoelectric element 100. Can be placed. Accordingly, the first substrate 110 on which the heat dissipation plate 10 of the transformer is disposed acts as a high temperature portion, and the second substrate 160 on which the heat sink 200 is disposed acts as a low temperature portion, and thus the first substrate 110 and the first substrate 110 Electricity may be generated due to the delta T between the second substrates 160.

제1 기판(110)과 방열판(10)은 직접 접촉하도록 배치되거나, 접착제를 통하여 접착될 수 있다. 제1 기판(110)과 방열판(10)이 직접 접촉하도록 배치될 경우, 각 열전소자(100)와 방열판(10)은 체결부재(미도시)를 통하여 체결될 수 있다. 제1 기판(110)과 방열판(10)이 접착제를 통하여 접착되는 경우, 접착제는 열전도 성능을 가지는 접착제, 예를 들어 써멀그리스 또는 열전달물질(thermal interface material, TIM)일 수 있다. The first substrate 110 and the heat dissipation plate 10 may be disposed to be in direct contact or may be bonded to each other through an adhesive. When the first substrate 110 and the heat sink 10 are arranged to directly contact each other, each thermoelectric element 100 and the heat sink 10 may be fastened through a fastening member (not shown). When the first substrate 110 and the heat sink 10 are bonded to each other through an adhesive, the adhesive may be an adhesive having heat conduction performance, for example, thermal grease or a thermal interface material (TIM).

도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 발전 장치의 열전소자가 배치되는 방열판의 상면도이다. 5 is a top view of a heat sink on which a thermoelectric element of a power generation device according to an embodiment of the present invention is disposed.

도 5를 참조하면, 방열판(10) 상에는 열전소자(100)와의 접착 성능 및 열전달 성능을 높이기 위하여 복수의 열전소자(100)의 배치 구조에 대응하는 홈(18)이 형성될 수도 있다. 도시된 바와 같이, 복수의 열전소자(100)가 2*4의 배치 구조를 가지는 경우, 방열판(10) 상에는 2*4의 배치 구조에 대응하는 8개의 홈(18)이 형성될 수 있다. 이때, 홈의 깊이는 제1 기판(110)의 두께의 0.1 내지 0.9배, 바람직하게는 0.2 내지 0.8배, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 0.7배일 수 있다. 이에 따르면, 제1 기판(110)의 하면뿐만 아니라 측면도 방열판(10)과 접촉할 수 있으므로, 제1 기판(110)과 방열판(10) 간의 접촉 면적이 커지므로, 방열판(10)과 열전소자(100) 간의 접착 성능 및 열전달 성능이 개선될 수 있다.Referring to FIG. 5, a groove 18 corresponding to an arrangement structure of a plurality of thermoelectric elements 100 may be formed on the heat sink 10 in order to improve adhesion performance and heat transfer performance with the thermoelectric element 100. As illustrated, when the plurality of thermoelectric elements 100 has a 2*4 arrangement structure, eight grooves 18 corresponding to a 2*4 arrangement structure may be formed on the heat sink 10. In this case, the depth of the groove may be 0.1 to 0.9 times, preferably 0.2 to 0.8 times, more preferably 0.3 to 0.7 times the thickness of the first substrate 110. According to this, not only the lower surface of the first substrate 110 but also the side surface of the first substrate 110 can be in contact with the heat sink 10, so that the contact area between the first substrate 110 and the heat sink 10 increases, the heat sink 10 and the thermoelectric element ( 100) adhesion performance and heat transfer performance between the can be improved.

다시 도 3 내지 4를 참조하면, 히트싱크(200)는 복수의 열전소자(100)의 복수의 제2 기판(160)을 일체로 덮는 커버 플레이트(210), 커버 플레이트(210)의 제1측에서 제1 방향으로 연장된 제1 측면 플레이트(220) 및 제1 측에 대향하는 커버 플레이트(210)의 제2 측에서 제1 방향으로 연장된 제2 측면 플레이트(230)를 포함할 수 있다. 여기서, 커버 플레이트(210), 제1 측면 플레이트(220) 및 제2 측면 플레이트(230)는 일체로 연결될 수 있고, 열전도성이 높은 금속, 예를 들어 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금 등을 포함할 수 있다. 이에 따라, 히트싱크(200) 주변의 공기의 온도가 히트싱크(200)를 거쳐 저온부인 복수의 열전소자(100)의 복수의 제2 기판(160)으로 전달될 수 있다. Referring back to FIGS. 3 to 4, the heat sink 200 includes a cover plate 210 integrally covering the plurality of second substrates 160 of the plurality of thermoelectric elements 100, and a first side of the cover plate 210. In may include a first side plate 220 extending in a first direction and a second side plate 230 extending in a first direction from a second side of the cover plate 210 facing the first side. Here, the cover plate 210, the first side plate 220, and the second side plate 230 may be integrally connected, and a metal having high thermal conductivity, for example, aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, etc. Can include. Accordingly, the temperature of the air around the heat sink 200 may be transferred to the plurality of second substrates 160 of the plurality of thermoelectric devices 100, which are low temperature portions, through the heat sink 200.

여기서, 제1 방향은 커버 플레이트(210)를 기준으로 변압기를 향하는 방향에 반대되는 방향을 의미할 수 있다. 즉, 제1 측면 플레이트(220) 및 제2 측면 플레이트(230) 각각은 열전소자(100)를 향하는 방향이 아닌, 열전소자(100)가 배치된 방향에 대하여 반대되는 방향으로 커버 플레이트(210)로부터 연장될 수 있으며, 이에 따라, 제1 측면 플레이트(220) 및 제2 측면 플레이트(230) 각각은 커버 플레이트(210)에 대하여 75° 내지 105°의 각도(θ), 바람직하게는 80° 내지 100°의 각도(θ), 더욱 바람직하게는 85° 내지 95°의 각도(θ)를 이룰 수 있다. 제1 측면 플레이트(220)와 제2 측면 플레이트(230)가 커버 플레이트(210)와 이루는 각도가 이와 같은 범위 이내인 경우, 히트싱크(200)와 제2 기판(160) 간 열전달 성능이 최대화될 수 있다. Here, the first direction may mean a direction opposite to the direction toward the transformer with respect to the cover plate 210. That is, each of the first side plate 220 and the second side plate 230 is in a direction opposite to the direction in which the thermoelectric element 100 is disposed, not toward the thermoelectric element 100. May extend from, and thus, each of the first side plate 220 and the second side plate 230 is at an angle θ of 75° to 105° with respect to the cover plate 210, preferably 80° to An angle (θ) of 100°, more preferably an angle (θ) of 85° to 95° may be achieved. When the angle between the first side plate 220 and the second side plate 230 and the cover plate 210 is within this range, the heat transfer performance between the heat sink 200 and the second substrate 160 will be maximized. I can.

한편, 히트싱크(200)와 제2 기판(160) 간 열전달 성능을 높이기 위하여, 제1 측면 플레이트(220)의 양면 중 적어도 한면 및 제2 측면 플레이트(230)의 양면 중 적어도 한면에는 방열핀(240)이 더 배치될 수도 있다. 도 3 내지 도 4에서는 방열판(240)이 제1 측면 플레이트(220)의 바깥쪽을 향하는 면 및 제2 측면 플레이트(230)의 바깥쪽을 향하는 면에만 배치된 것으로 예시되어 있으나, 이로 제한되는 것은 아니며, 방열판(240)이 제1 측면 플레이트(220)의 안쪽을 향하는 면 및 제2 측면 플레이트(230)의 안쪽을 향하는 면에 배치되거나, 양면에 모두 배치될 수도 있다. 여기서, 안쪽은 제1 측면 플레이트(220)와 제2 측면 플레이트(230)가 서로 마주보는 "?袖* 의미할 수 있고, 바깥쪽은 그 반대 방향을 의미할 수 있다. Meanwhile, in order to increase the heat transfer performance between the heat sink 200 and the second substrate 160, at least one of both surfaces of the first side plate 220 and at least one of both surfaces of the second side plate 230 are provided with a radiating fin 240. ) May be further arranged. In FIGS. 3 to 4, it is illustrated that the heat sink 240 is disposed only on a surface facing outward of the first side plate 220 and a surface facing outward of the second side plate 230, but is limited thereto. In addition, the heat dissipation plate 240 may be disposed on the inner side of the first side plate 220 and the inner side of the second side plate 230, or may be disposed on both sides. Here, the inside may mean "?袖*" where the first side plate 220 and the second side plate 230 face each other, and the outside may mean the opposite direction.

또는, 히트싱크(200)의 커버 플레이트(210)의 양면 중 열전소자(100)의 제2 기판(160)을 향하는 면과 반대되는 면에 방열 패턴이 더 형성될 수도 있다. Alternatively, a heat dissipation pattern may be further formed on a surface of the thermoelectric element 100 facing the second substrate 160 of the both surfaces of the cover plate 210 of the heat sink 200.

이에 따르면, 주변 공기와 히트싱크(200) 간의 접촉 면적이 최대화되어 히트싱크(200)와 제2 기판(160) 간 열전달 성능이 더욱 높아질 수 있다. Accordingly, the contact area between the surrounding air and the heat sink 200 is maximized, so that the heat transfer performance between the heat sink 200 and the second substrate 160 may be further improved.

이 외에도, 히트싱크(200)와 제2 기판(160) 간 열전달 성능을 높이기 위하여, 히트싱크(200)의 구조는 다양하게 변형될 수 있다. In addition, in order to increase the heat transfer performance between the heat sink 200 and the second substrate 160, the structure of the heat sink 200 may be variously modified.

도 6(a) 및 6(b)는 본 발명의 한 실시예에 따른 발전장치에 포함되는 히트싱크의 커버 플레이트의 상면도이다.6(a) and 6(b) are top views of a cover plate of a heat sink included in the power generation device according to an embodiment of the present invention.

도 6(a) 및 6(b)를 참조하면, 히트싱크(200)의 커버 플레이트(210)에는 적어도 하나의 홀(212)이 형성될 수 있다. 홀(212)은 도 6(a)와 같이 원 형상으로 형성되거나, 도 6(b)와 같이 슬릿 형상으로 형성될 수도 있다. 6A and 6B, at least one hole 212 may be formed in the cover plate 210 of the heat sink 200. The hole 212 may be formed in a circular shape as shown in FIG. 6(a) or may be formed in a slit shape as shown in FIG. 6(b).

일반적으로, 히트싱크(200)와 열전소자(100)의 제2 기판(160)은 접착층에 의하여 접착될 수 있다. 이때, 접착층은 고분자 수지와 금속물질의 혼합물로서 경화되기 이전에는 페이스트 형태일 수 있다. 고분자 수지는 접착층에 유동성을 부여하여 도포를 용이하게 할 수 있으며, 금속물질은 주석(Sn), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함하도록 하여, 제2 기판(160)과 히트싱크(200)과의 접합력 및 열전달 특성을 부여할 수 있다.In general, the heat sink 200 and the second substrate 160 of the thermoelectric element 100 may be bonded to each other by an adhesive layer. In this case, the adhesive layer may be a mixture of a polymer resin and a metal material, and may be in the form of a paste before being cured. The polymer resin can be applied easily by imparting fluidity to the adhesive layer, and the metal material includes at least one of tin (Sn), silver (Ag), copper (Cu), and aluminum (Al), so that the second substrate It is possible to impart bonding strength and heat transfer characteristics between the 160 and the heat sink 200.

히트싱크(200)의 커버 플레이트(210)에 적어도 하나의 홀(212)이 형성되면, 히트싱크(200)와 열전소자(100)의 제2 기판(160) 간 도포된 접착층의 일부가 홀(212)을 통하여 빠져 나간 후 경화될 수 있다. 이에 따르면, 히트싱크(200)의 커버 플레이트(210)와 열전소자(100)의 제2 기판(160) 간 접합력과 열전달 특성이 더욱 개선될 수 있다. When at least one hole 212 is formed in the cover plate 210 of the heat sink 200, a part of the adhesive layer applied between the heat sink 200 and the second substrate 160 of the thermoelectric element 100 is It can be cured after exiting through 212). Accordingly, bonding force and heat transfer characteristics between the cover plate 210 of the heat sink 200 and the second substrate 160 of the thermoelectric element 100 may be further improved.

이때, 홀(212)은 제1 측면 플레이트(220)로부터 제2 측면 플레이트(230)를 향하는 방향(X1) 또는 제2 측면 플레이트(230)로부터 제1 측면 플레이트(220)를 향하는 방향(X2)으로 형성될 수 있다. 이에 따르면, 제1 측면 플레이트(220)로부터 제2 기판(160)까지의 열전달 경로 또는 제2 측면 플레이트(230)로부터 제2 기판(160)까지의 열전달 경로가 형성되므로, 히트싱크(200)의 커버 플레이트(210)와 열전소자(100)의 제2 기판(160) 간 열전달 특성이 더욱 개선될 수 있다. In this case, the hole 212 is a direction X1 from the first side plate 220 toward the second side plate 230 or a direction X2 from the second side plate 230 toward the first side plate 220 It can be formed as Accordingly, since a heat transfer path from the first side plate 220 to the second substrate 160 or a heat transfer path from the second side plate 230 to the second substrate 160 is formed, the heat sink 200 Heat transfer characteristics between the cover plate 210 and the second substrate 160 of the thermoelectric element 100 may be further improved.

다시 도 3 내지 4를 참조하면, 히트싱크(200)의 제1 측면 플레이트(220)는 소정 간격으로 이격된 복수의 제1 부분 측면 플레이트(221, 222, 223)를 포함하고, 히트싱크(200)의 제2 측면 플레이트(230)는 소정 간격으로 이격된 복수의 제2 부분 측면 플레이트(231, 232, 233)를 포함하며, 복수의 제1 부분 측면 플레이트(221, 222, 223) 및 복수의 제2 부분 측면 플레이트(231, 232, 233)는 서로 대칭되도록 배치될 수 있다. 이에 따르면, 각 부분 측면 플레이트와 각 열전소자 간 짝을 이루어 열교환이 효율적으로 일어날 수 있다. 예를 들어, 도 3 내지 4에서 예시된 구조에 따르면, 제1 부분 측면 플레이트(221)와 제2 부분 측면 플레이트(231)는 하단에 있는 2개의 열전소자와의 열교환을 주로 담당하고, 제1 부분 측면 플레이트(223)와 제2 부분 측면 플레이트(233)는 상단에 있는 2개의 열전소자와의 열교환을 주로 담당하며, 제1 부분 측면 플레이트(222)와 제2 부분 측면 플레이트(232)는 가운데에 있는 4개의 열전소자와의 열교환을 주로 담당할 수 있다. Referring back to FIGS. 3 to 4, the first side plate 220 of the heat sink 200 includes a plurality of first partial side plates 221, 222, 223 spaced apart by a predetermined interval, and the heat sink 200 ) Of the second side plate 230 includes a plurality of second partial side plates 231, 232, 233 spaced apart at a predetermined interval, and a plurality of first partial side plates 221, 222, 223 and a plurality of The second partial side plates 231, 232, and 233 may be disposed to be symmetrical to each other. According to this, heat exchange can be efficiently performed by forming a pair between each partial side plate and each thermoelectric element. For example, according to the structure illustrated in FIGS. 3 to 4, the first partial side plate 221 and the second partial side plate 231 are mainly responsible for heat exchange with two thermoelectric elements at the bottom, and the first The partial side plate 223 and the second partial side plate 233 are mainly responsible for heat exchange with the two thermoelectric elements at the top, and the first partial side plate 222 and the second partial side plate 232 are in the middle. It can mainly take charge of heat exchange with 4 thermoelectric elements in.

그리고, 고정 부재(300)는 복수의 제1 부분 측면 플레이트(221, 222, 223) 간 이격 공간과 복수의 제2 부분 측면 플레이트(231, 232, 233) 간 이격 공간에 대응하는 위치에서 히트싱크(200)와 방열판(10)을 고정할 수 있다. And, the fixing member 300 is a heat sink at a position corresponding to the spaced space between the plurality of first partial side plates 221, 222, 223 and the spaced space between the plurality of second partial side plates 231, 232, 233 200 and the heat sink 10 can be fixed.

예를 들어, 고정 부재(300)는 히트싱크(200)의 커버 플레이트(210) 상에 배치된 고정 플레이트(310), 적어도 하나의 제1 클램프(320) 및 적어도 하나의 제2 클램프(330)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 제1 클램프(320)는 고정 플레이트(310), 히트싱크(200) 및 방열판(10)을 동시에 고정할 수 있고, 적어도 하나의 제2 클램프(330)는 고정 플레이트(310), 히트싱크(200) 및 방열판(10)을 동시에 고정할 수 있다. For example, the fixing member 300 is a fixing plate 310 disposed on the cover plate 210 of the heat sink 200, at least one first clamp 320, and at least one second clamp 330 It may include. At least one first clamp 320 may fix the fixing plate 310, the heat sink 200, and the heat dissipation plate 10 at the same time, and the at least one second clamp 330 is a fixing plate 310, a heat The sink 200 and the heat sink 10 may be fixed at the same time.

예를 들어, 도시된 바와 같이 제1 클램프(320)는 'ㄷ'자 형상의 집게(322) 및 집게(322)의 한 끝단에 형성된 홀에 회전 가능하게 끼워지는 고정 수단(324)을 포함할 수 있다. 집게(322)는 고정 플레이트(310)의 상면, 커버 플레이트(210)의 상면, 제1 측면 플레이트(220)의 측면 및 방열판(10)의 측면 또는 하면을 따라 배치되고, 고정 수단(324)은 집게(322)의 홀 내에서 회전하여 고정 플레이트(310)의 상면에 고정될 수 있다. 이를 위하여, 고정 수단(324)에는 나사산이 형성되며, 고정 수단(324)과 집게(322)는 볼트 체결 구조와 유사한 구조로 체결될 수 있다. 별도로 설명하지 않았으나, 제2 클램프(330)도 제1 클램프(320)와 동일한 구조를 가질 수 있다. For example, as shown, the first clamp 320 includes a'c' shaped tongs 322 and a fixing means 324 rotatably fitted into a hole formed at one end of the clamps 322 I can. The tongs 322 are disposed along the upper surface of the fixing plate 310, the upper surface of the cover plate 210, the side surface of the first side plate 220, and the side or the lower surface of the heat sink 10, and the fixing means 324 is It can be fixed to the upper surface of the fixing plate 310 by rotating within the hole of the tongs 322. To this end, a screw thread is formed in the fixing means 324, and the fixing means 324 and the tongs 322 may be fastened in a structure similar to a bolt fastening structure. Although not described separately, the second clamp 330 may also have the same structure as the first clamp 320.

이와 같은 방법으로 고정 부재(300)가 구성될 경우, 방열판(10)과 본 발명의 실시예에 따른 발전장치를 고정시키기 위하여 기존의 미리 설치된 방열판(10)에 별도로 홀을 뚫거나 가공할 필요가 없다. When the fixing member 300 is configured in this way, there is no need to separately drill or process a hole in the existing pre-installed heat sink 10 in order to fix the heat sink 10 and the power generation device according to the embodiment of the present invention. .

한편, 고정부재(300)의 고정 플레이트(310)의 면적은 히트싱크(200)의 커버 플레이트(210)의 면적의 30 내지 70%일 수 있다. 고정부재(300)의 고정 플레이트(310)의 면적이 히트싱크(200)의 커버 플레이트(210)의 면적의 30% 미만이면 히트싱크(200)와 방열판(10) 간 고정력이 약해질 수 있으며, 고정부재(300)의 고정 플레이트(310)의 면적이 히트싱크(200)의 커버 플레이트(210)의 면적의 70%를 초과하면 히트싱크(200)의 열전달 성능이 낮아질 수 있다. Meanwhile, the area of the fixing plate 310 of the fixing member 300 may be 30 to 70% of the area of the cover plate 210 of the heat sink 200. If the area of the fixing plate 310 of the fixing member 300 is less than 30% of the area of the cover plate 210 of the heat sink 200, the fixing force between the heat sink 200 and the heat sink 10 may be weakened, When the area of the fixing plate 310 of the fixing member 300 exceeds 70% of the area of the cover plate 210 of the heat sink 200, the heat transfer performance of the heat sink 200 may be lowered.

히트싱크(200)의 열전달 성능을 유지하기 위하여, 고정 플레이트(310)는 히트싱크(200)와 동일한 소재를 가질 수 있다. 또는, 고정 플레이트(310)는 열전도 가능한 절연 소재를 가질 수도 있다. In order to maintain the heat transfer performance of the heat sink 200, the fixing plate 310 may have the same material as the heat sink 200. Alternatively, the fixing plate 310 may have an insulating material capable of heat conduction.

다시 도 3 내지 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 발전장치는 방열판(10) 상에 배치된 차광부재(600)를 더 포함할 수 있다. 이때, 차광부재(600)는 히트싱크(200)를 햇빛으로부터 차단하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 차광부재(600)의 폭은 히트싱크(200)의 제1 측면 플레이트(220)로부터 제2 측면 플레이트(230)까지의 거리보다 크고, 차광부재(600)의 높이는 제1 측면 플레이트(220) 및 제2 측면 플레이트(230) 각각의 높이보다 높을 수 있다. 이에 따르면, 차광부재(600)가 햇빛의 복사열이 히트싱크(200)에 도달하여 히트싱크(200)의 온도가 높아지는 문제를 방지할 수 있다. 이에 따라, 열전소자(100)의 제1 기판(110)과 제2 기판(160) 간 델타 T를 높게 유지하여, 열전소자(100)의 발전효율을 높일 수 있다. Referring back to FIGS. 3 to 4, the power generation apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a light blocking member 600 disposed on the heat sink 10. In this case, the light blocking member 600 may be disposed to block the heat sink 200 from sunlight. For example, the width of the light blocking member 600 is greater than the distance from the first side plate 220 to the second side plate 230 of the heat sink 200, and the height of the light blocking member 600 is the first side plate It may be higher than the height of each of the 220 and the second side plate 230. Accordingly, it is possible to prevent a problem in which the temperature of the heat sink 200 increases due to the radiant heat of sunlight reaching the heat sink 200 in the light blocking member 600. Accordingly, the delta T between the first substrate 110 and the second substrate 160 of the thermoelectric element 100 is maintained high, thereby increasing the power generation efficiency of the thermoelectric element 100.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 발전장치를 변압기 주변에 설치하여 24시간동안 온도를 측정한 결과이다. 7 is a result of measuring the temperature for 24 hours by installing the power generation device according to an embodiment of the present invention around a transformer.

도 7을 참조하면, 방열판의 평균 온도는 40.7℃이고, 히트싱크의 평균 온도는 28.9℃이며, 이에 따라 평균 델타T는 11.8K로, 본 발명의 실시예에 따른 발전장치에 의하여 생성된 전기를 이용하여 조명을 점등할 수 있음을 알 수 있다. Referring to FIG. 7, the average temperature of the heat sink is 40.7° C., and the average temperature of the heat sink is 28.9° C., and accordingly, the average delta T is 11.8 K. It can be seen that the lighting can be turned on.

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.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will variously modify and change the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. You will understand that you can do it.

Claims (8)

변압기의 방열판 상에 배치된 복수의 열전소자,
상기 복수의 열전소자 상에 배치된 히트싱크,
상기 히트싱크와 상기 방열판을 고정하는 고정부재, 그리고
상기 복수의 열전소자로부터 발생한 전기를 저장하는 배터리를 포함하고,
상기 복수의 열전소자는 소정 간격으로 서로 이격되도록 배치되고,
각 열전소자는 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 배치된 복수의 제1 전극, 상기 복수의 제1 전극 상에 배치된 복수의 열전 레그, 상기 복수의 열전 레그 상에 배치된 복수의 제2 전극, 상기 복수의 제2 전극 상에 배치된 제2 기판을 포함하고,
상기 히트싱크는 상기 복수의 열전소자의 복수의 제2 기판을 일체로 덮는 커버 플레이트, 상기 커버 플레이트의 제1 측에서 제1 방향으로 연장된 제1 측면 플레이트, 그리고 상기 제1 측에 대향하는 상기 커버 플레이트의 제2 측에서 상기 제1 방향으로 연장된 제2 측면 플레이트를 포함하고,
상기 제1 방향은 상기 커버 플레이트를 기준으로 상기 변압기를 향하는 방향에 반대되는 방향인 발전장치. A plurality of thermoelectric elements disposed on the heat sink of the transformer,
A heat sink disposed on the plurality of thermoelectric elements,
A fixing member for fixing the heat sink and the heat sink, and
Including a battery for storing electricity generated from the plurality of thermoelectric elements,
The plurality of thermoelectric elements are disposed to be spaced apart from each other at predetermined intervals,
Each thermoelectric element includes a first substrate, a plurality of first electrodes disposed on the first substrate, a plurality of thermoelectric legs disposed on the plurality of first electrodes, and a plurality of second electrodes disposed on the plurality of thermoelectric legs. An electrode, and a second substrate disposed on the plurality of second electrodes,
The heat sink includes a cover plate integrally covering a plurality of second substrates of the plurality of thermoelectric elements, a first side plate extending in a first direction from a first side of the cover plate, and the first side plate facing the first side. A second side plate extending in the first direction from a second side of the cover plate,
The first direction is a direction opposite to a direction toward the transformer based on the cover plate. 제1항에 있어서,
상기 히트싱크는 상기 제1 측면 플레이트의 양면 중 적어도 한면 및 상기 제2 측면 플레이트의 양면 중 적어도 한면에 배치된 방열핀을 더 포함하는 발전장치. The method of claim 1,
The heat sink further comprises a radiating fin disposed on at least one of both surfaces of the first side plate and at least one of both surfaces of the second side plate. 제1항에 있어서,
상기 제1 측면 플레이트는 소정 간격으로 이격된 복수의 제1 부분 측면 플레이트를 포함하고,
상기 제2 측면 플레이트는 소정 간격으로 이격된 복수의 제2 부분 측면 플레이트를 포함하며,
상기 복수의 제1 부분 측면 플레이트 및 상기 복수의 제2 부분 측면 플레이트는 서로 대칭되도록 배치된 발전장치. The method of claim 1,
The first side plate includes a plurality of first partial side plates spaced apart by a predetermined interval,
The second side plate includes a plurality of second partial side plates spaced apart by a predetermined interval,
The plurality of first partial side plates and the plurality of second partial side plates are arranged to be symmetrical to each other. 제3항에 있어서,
상기 고정 부재는,
상기 히트싱크의 커버 플레이트 상에 배치된 고정 플레이트,
상기 고정 플레이트, 상기 히트싱크 및 상기 방열판을 고정하는 적어도 하나의 제1 클램프, 그리고
상기 고정 플레이트, 상기 히트싱크 및 상기 방열판을 고정하는 적어도 하나의 제2 클램프를 포함하는 발전 장치. The method of claim 3,
The fixing member,
A fixed plate disposed on the cover plate of the heat sink,
At least one first clamp for fixing the fixing plate, the heat sink and the heat sink, and
Power generation device comprising at least one second clamp for fixing the fixing plate, the heat sink and the heat sink. 제4항에 있어서,
상기 고정 플레이트의 면적은 상기 커버 플레이트의 면적의 30 내지 70%인 발전장치. The method of claim 4,
The power generation device in which the area of the fixed plate is 30 to 70% of the area of the cover plate. 제1항에 있어서,
상기 제1 측면 플레이트 및 상기 제2 측면 플레이트 각각은 상기 커버 플레이트에 대하여 75° 내지 105°의 각도를 이루는 발전장치. The method of claim 1,
Each of the first side plate and the second side plate forms an angle of 75° to 105° with respect to the cover plate. 제1항에 있어서,
상기 방열판 상에 배치된 차광부재를 더 포함하고,
상기 차광부재의 폭은 상기 제1 측면 플레이트로부터 상기 제2 측면 플레이트까지의 거리보다 크고,
상기 차광부재의 높이는 상기 제1 측면 플레이트 및 상기 제2 측면 플레이트 각각의 높이보다 높은 발전장치.The method of claim 1,
Further comprising a light blocking member disposed on the heat sink,
The width of the light blocking member is greater than the distance from the first side plate to the second side plate,
The height of the light blocking member is higher than the height of each of the first side plate and the second side plate. 제1항에 있어서,
상기 배터리에 연결되며, 상기 배터리의 전력에 의하여 구동되는 조명부를 더 포함하는 발전장치.The method of claim 1,
Power generation device connected to the battery, further comprising a lighting unit driven by the power of the battery.

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