(57)【要約】      （修正有）【課題】熱電素子のポジショニングを簡便かつ正確にすることができ、電極板との接触面積を大幅に広げることができる熱電素子及びこれを含む熱電モジュールを提供する。【解決手段】熱電素子１１，１２の円筒形または角形などのような立体構造からなるボディ１５は、その幅より長い長さを有し、ボディの一端に設けられた第１端部１３またはボディ１５の他端の第２端部１４は、少なくとも部分的に非平坦面を有するように形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の長さを有するボディ；
前記ボディの一端に設けられた第１端部；及び
前記ボディの他端に設けられた第２端部；を含み、
前記第１端部または前記第２端部は、少なくとも部分的な非平坦面を有することを特徴とする熱電素子。
【請求項２】
前記ボディは、その幅より長い長さを有することを特徴とする請求項１に記載の熱電素子。
【請求項３】
前記第１端部及び前記第２端部のうち少なくとも一方は、一定の曲率半径を有する曲面部を有することを特徴とする請求項１に記載の熱電素子。
【請求項４】
前記第１端部及び前記第２端部のうち少なくとも一方は、円錐面または角錐面を有することを特徴とする請求項１に記載の熱電素子。
【請求項５】
前記第１端部及び前記第２端部のうち少なくとも一方は、縁部にラウンド部を有することを特徴とする請求項１に記載の熱電素子。
【請求項６】
前記第１端部は第１曲率半径からなる曲面部を有し、前記第２端部は第２曲率半径からなる曲面部を有することを特徴とする請求項１に記載の熱電素子。
【請求項７】
前記第１曲率半径と前記第２曲率半径は、同一であることを特徴とする請求項６に記載の熱電素子。
【請求項８】
前記第１曲率半径と前記第２曲率半径は、互いに異なることを特徴とする請求項６に記載の熱電素子。
【請求項９】
上部基板と下部基板の間に配置され、反対極性からなる少なくとも一対の熱電素子；
前記少なくとも一対の熱電素子の上部に接続された上部電極；及び
前記少なくとも一対の熱電素子の下部に接続された下部電極；を含み、
各熱電素子の少なくとも一端部は、少なくとも部分的な非平坦面を有し、
前記上部電極及び前記下部電極は、前記熱電素子の各端部が接合される溝を有することを特徴とする熱電モジュール。
【請求項１０】
前記少なくとも一対の熱電素子は、その幅が互いに異に形成された第１熱電素子及び第２熱電素子を含むことを特徴とする請求項９に記載の熱電モジュール。
【請求項１１】
前記第１熱電素子の幅が前記第２熱電素子の幅より大きく形成されることを特徴とする請求項１０に記載の熱電モジュール。
【請求項１２】
前記第１熱電素子はＰ型半導体で構成され、前記第２熱電素子はＮ型半導体で構成されることを特徴とする請求項１１に記載の熱電モジュール。
【請求項１３】
前記上部電極の溝及び前記下部電極の溝は、前記熱電素子の各端部に対応する形状からなることを特徴とする請求項９に記載の熱電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電素子に関し、より詳しくは、熱電素子のポジショニングを簡便かつ正確にすることができ、電極板との接触面積を大幅に広げることができる熱電素子及びこれを含む熱電モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱電モジュールは、熱と電気の相互作用により奏される各種効果を用いたものであって、温度差により起電力が発生する現象であるゼーベック効果を用いた構造、電流により熱の吸収(または発生)が生じる現象であるペルティエ効果を用いた構造などがある。
【０００３】
このような熱電モジュールは、一対を成すN型熱電素子及びP型熱電素子と、N型熱電素子及びP型熱電素子等の上部及び下部にそれぞれ接続される上部電極及び下部電極と、上部電極及び下部電極がそれぞれ個別的に支持される上部基板及び下部基板などからなり得る。
【０００４】
熱電モジュールの製造過程で、各電極及び基板などに対して熱電素子等を精密に整列するための技術が求められ、既存にはロボットアーム(robot arm)や整列機などを用いて整列してきた。
【０００５】
ロボットアームを用いた方式は、各熱電素子を個別的にポジショニングすることにより、熱電素子等の整列に多くの時間が所要されるという短所があった。
【０００６】
また、整列機を用いた方式は、熱電素子の最終位置を合わせるために別途の追加工程が求められるに伴い、その作業が非常に煩わしく進められる短所があった。
【０００７】
一方、既存の熱電素子は、円筒状または直方体状からなり、熱電素子の整列が非常に煩わしく進められ得るという短所があった。
【０００８】
これによって、精密かつ迅速な整列を具現するために、球状 (SPHERICAL SHAPE)の熱電素子に対する研究が進行中であるが、このような球状の熱電素子はその整列途中に微細な振動によっても正位置から容易に離脱し得るので、工程上の不良率が高くなるという短所があった。
【０００９】
特に、球状の熱電素子は同一直径を有する構造的特性上、高温部(hot side)と低温部(cold side)との間の距離を調節し難いので、高温部及び低温部の温度差を充分に確保することができず、これによって熱電モジュールの効率が低下するという短所があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前記のような従来の技術の幾多の短所を克服するために研究開発されたものであって、熱電素子等の整列ないし配列を非常に簡便かつ精密に行うことができ、さらに高温部と低温部との間の温度差を安定的に確保することにより、熱電モジュールの効率を向上させることができる熱電素子及びこれを含む熱電モジュールを提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記のような目的を達成するための本発明の一側面による熱電素子は、
一定の長さを有するボディ；
前記ボディの一端に設けられた第1端部；及び
前記ボディの他端に設けられた第2端部；を含み、
前記第1端部または前記第2端部は、少なくとも部分的な非平坦面(at least partial non-flat surface)を有することを特徴とする。
【００１２】
前記ボディは、その幅より長い長さを有することを特徴とする。
【００１３】
前記第1端部及び前記第2端部のうち少なくとも一方は、一定の曲率半径を有する曲面部を有することを特徴とする。
【００１４】
前記第1端部及び前記第2端部のうち少なくとも一方は、円錐面または角錐面を有することを特徴とする。
【００１５】
前記第1端部及び前記第2端部のうち少なくとも一方は、その縁部にラウンド部(round portion)を有することを特徴とする。
【００１６】
前記第1端部は第1曲率半径からなる曲面部を有し、前記第2端部は第2曲率半径からなる曲面部を有することを特徴とする。
【００１７】
前記第1曲率半径と前記第2曲率半径は、同一であることを特徴とする。
【００１８】
前記第1曲率半径と前記第2曲率半径は、互いに異なることを特徴とする。
【００１９】
本発明の他の側面は、熱電モジュールであって、
上部基板と下部基板との間に配置され、反対極性からなる少なくとも一対の熱電素子；
前記少なくとも一対の熱電素子の上部に接続された上部電極；及び
前記少なくとも一対の熱電素子の下部に接続された下部電極；を含み、
各熱電素子の少なくとも一端部は、少なくとも部分的な非平坦面を有し、
前記上部電極及び前記下部電極は、前記熱電素子の各端部が接合される溝を有することを特徴とする。
【００２０】
前記一対の熱電素子は、その幅が互いに異に形成された第1熱電素子及び第2熱電素子を含むことができる。
【００２１】
前記第1熱電素子の幅が、前記第2熱電素子の幅より大きく形成されることを特徴とする。
【００２２】
前記第1熱電素子はP型半導体で構成され、前記第2熱電素子はN型半導体で構成されることを特徴とする。
【００２３】
前記上部電極及び前記下部電極の溝は、前記熱電素子の各端部に対応する形状からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、熱電素子等の整列ないし配置を非常に簡便かつ精密に行うことができ、さらに高温部と低温部との間の温度差を安定的に確保することにより、熱電モジュールの効率を向上させることができるという長所がある。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の多様な実施形態による熱電素子を示した図である。
【図２】図１の代案的な実施形態による熱電素子を示した図である。
【図３】図１の代案的な実施形態による熱電素子を示した図である。
【図４】図１の代案的な実施形態による熱電素子を示した図である。
【図５】本発明の多様な実施形態による熱電モジュールを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して詳しく説明する。参考までに、本発明の説明に参照する図面に示された構成要素の大きさ、線の太さなどは、理解の便宜上多少誇張されて表現されることもある。また、本発明の説明に用いられる用語等は、本発明での機能を考慮して定義したものなので、使用者、運用者の意図、慣例などによって異なることがある。よって、この用語に対する定義は、本明細書の全般に亘った内容に基づいて下すのが当然である。
【００２７】
図1を参照すれば、本発明の一実施形態による熱電素子11、12は、一定の長さ(L)を有するボディ15と、ボディ15の一端に設けられた第1端部13と、ボディ15の他端に設けられた第2端部14を含むことができる。
【００２８】
ボディ15は、円筒形または角形などのような立体構造(cubic)からなり得る。ボディ15は、その幅(W)より長い長さ(L)を有することができる。このようなボディ15の長さ(L)は、高温部及び低温部の温度差を確保するとともに抵抗の増加を防止することができる程度の長さからなるのが好ましい。
【００２９】
ボディ15は、長さ方向の両端には第1端部13及び第2端部14が設けられ、よって第1端部13及び第2端部14はボディ15の長さ方向に沿って互いに反対側に位置することができる。
【００３０】
第1端部13及び第2端部14のうち少なくとも一端部に少なくとも部分的な非平坦面を形成することにより、各熱電素子11、12はブレット(bullet)形状からなり得る。
【００３１】
このように、本発明は、熱電素子11、12がブレット形状(bullet shape)からなることにより、電極との接触面積を広げることができ、これを介して熱電素子11、12のポジショニング及び/又は接着性を大幅に高めることができる。
【００３２】
図1の実施形態によれば、第1端部13はボディ15の一端で第1曲率半径(R1)に湾曲した曲面部からなってよく、第2端部14はボディ15の他端で第2曲率半径(R2)に湾曲した曲面部からなってよい。
【００３３】
一方、第1曲率半径(R1)と第2曲率半径(R2)が同一であってよく、これとは異なり、第1曲率半径(R1)と第2曲率半径(R2)が互いに異なっていてもよい。
【００３４】
図2の実施形態によれば、ボディ15の第1端部13a及び/又は第2端部14aは、その幅が徐々に細くなる円錐面または角錐面を有し得る。
【００３５】
図3の実施形態によれば、第1端部13bまたは第2端部14bは、ボディ15と同一の幅を有することができ、第1端部13b及び/又は第2端部14bの縁部には、一定半径のラウンド部(round portion)16が形成され得る。
【００３６】
図4の実施形態によれば、第1端部13bはボディ15と同一の幅を有することができ、第1端部13bの端面には平坦面17が形成されてよく、第2端部14bは一定の曲率半径からなる曲面部を有し得る。
【００３７】
このように、本発明による熱電素子11、12は、ボディ15の少なくとも一端部に少なくとも部分的な非平坦面である曲面部が形成されるに伴い、ブレット(bullet)形状に構成されてよく、このようなブレット形状によって電極21、22との接触面積を広げて熱電素子のポジショニング及び/又は接着性を大幅に向上させることができる。
【００３８】
図5を参照すれば、本発明に係る熱電モジュール10は、上下方向に離隔された上部基板31及び下部基板32と、上部基板31及び下部基板32の間に配置された複数の熱電素子11、12及び複数の電極21、22を含むことができる。
【００３９】
上部基板31及び下部基板32は、高温部及び低温部を構成することができ、各基板31、32は絶縁材質からなり得る。
【００４０】
複数の熱電素子11、12は、図1から図4に示すように、少なくとも一端部に少なくとも部分的な非平坦面を有するブレット(bullet)形状からなる。
【００４１】
複数の熱電素子11、12は、互いに反対極性からなる少なくとも一対の熱電素子11、12を含むことができ、熱電素子11、12はN型半導体、P型半導体からなり得る。
【００４２】
一方、N型半導体及びP型半導体は、そのそれぞれのZT(性能指数)が互いに異なるため、一対の熱電素子11、12はその断面積を互いに異に設定するのが好ましい。よって、反対極性である熱電素子11、12の断面積を互いに異に設定するために一対の熱電素子11、12はその幅が互いに異に形成されてよい。
【００４３】
特に、第1熱電素子11はP型半導体で構成され、第2熱電素子12はN型半導体で構成され得る。また、熱電モジュール10の出力性能を最適化するために第1熱電素子11の幅(a)が第2熱電素子12の幅(b)に大きく形成されてよい。
【００４４】
上部電極21は、隣接した熱電素子11、12の上端に接続され、上部電極21には、熱電素子11、12の第1端部13が挟まれて接合される溝23が形成されてよい。
【００４５】
下部電極22は、熱電素子11、12の下端に接続され、下部電極22には熱電素子11、12の第2端部14が挟まれて接合される溝24が形成されてよい。
【００４６】
上部電極21の溝23及び下部電極22の溝24は、熱電素子11、12の第1端部13、13a、13b、13c及び第2端部14、14a、14b、14cに対応する形状に形成されてよい。
【００４７】
図5では、図1の実施形態による熱電素子11、12が例示されており、よって、上部電極21の溝23及び下部電極22の溝24は、熱電素子11、12の曲面部からなる第1及び第2端部13、14に対応して湾曲した溝構造からなり得る。
【００４８】
その他にも、図2の実施形態によれば、熱電素子11、12の第1及び第2端部13a、14aが円錐面または角錐面からなることによって、上部電極21の溝23及び下部電極22の溝24は円錐面または角錐面を有する溝構造からなり得る。
【００４９】
図3の実施形態によれば、熱電素子11、12の第1及び第2端部13b、14bがラウンド部16を有する構造からなることによって、上部電極21の溝23及び下部電極22の溝24は縁部にラウンド部を有する構造からなり得る。
【００５０】
図4の実施形態によれば、熱電素子11、12の第1端部13cが平坦面17を有する構造からなることによって、上部電極21の溝23は平坦面を有する構造からなってよく、熱電素子11、12の第2端部14cが湾曲した構造からなる場合は、下部電極22の溝24は湾曲した溝構造からなってよい。
【００５１】
このように、上部電極21の溝23及び下部電極22の溝24が、熱電素子11、12の第1及び第2端部13、13a、13b、13c、14、14a、14b、14cに対応する構造からなることによって、熱電素子11、12は上部電極21の溝23及び/又は下部電極22の溝24に精密にポジショニングされてよく、またその接着性が大幅に向上することができ、熱抵抗及び電気抵抗を減少させて熱電モジュール10の性能を向上させることができる。
【００５２】
また、上部電極21及び下部電極22は、電流及び熱の流れを円滑にするために互いに交互に配置されてよい。
【００５３】
このように、本発明に係る熱電素子11、12は、ボディ15の少なくとも一端部に少なくとも部分的な非平坦面を有するブレット(BLULLET)形状からなるとともに、上部電極21及び下部電極22に熱電素子11、12の端部に対応する溝23、24を有することにより、熱電素子11、12のポジショニング及び接着性が大幅に向上することができ、よって熱電モジュール10の製造工程上で不良率を最小化することができる。
【００５４】
特に、熱電素子11、12の長さ(L)を最適化することによって、熱電モジュール10の高温部及び低温部の間の距離を適宜調節することができ、これを介して高温部及び低温部の温度差を充分に確保することができる。
【００５５】
以上、本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明は本明細書に開示された実施形態及び図面によって限定されず、本発明の技術的思想を外れない範囲内で当業者によって多様に変形され得る。
【符号の説明】
【００５６】
11 第1熱電素子
12 第2熱電素子
13 第1端部
14 第2端部
15 ボディ
21 上部電極
22 下部電極
23、24 溝
31 上部基板
32 下部基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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