热电转换器及使用该热电转换器的除湿器的制造方法

热电转换器及使用该热电转换器的除湿器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种能够提高冷却效率的热电转换器。根据本发明实施例的所述热电转换器包括：包括第一基板、设置成面向所述第一基板的第二基板以及设置在所述第一基板与所述第二基板之间的第一热电元件；设置在所述第一基板上的第一热电转换构件；设置在所述第二基板上的第二热电转换构件；包括第三基板、设置成面向所述第三基板的第四基板以及设置在所述第三基板与第四基板之间的第二热电元件的第二热电模块；设置在所述第三基板上的第三热电转换构件；设置在所述第四基板上的第四热电转换构件，其中，所述第一基板和所述第三基板可以是热量产生基板，所述第二基板和所述第四基板可以是热量吸收基板，以及所述第一热电模块和所述第二热电模块可以被布置成所述第二基板和所述第四基板面向彼此的结构。
【专利说明】热电转换器及使用该热电转换器的除湿器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2015年3月31日提交的韩国专利申请N0.2015-0045533的优先权和权益，该申请公开内容通过引用的方式全部并入本申请中。
技术领域
[0003]本发明的实施例涉及一种能够提高冷却效率的设备结构。
【背景技术】
[0004]除湿是使用冷凝现象去除空气中水分的原理，在所述冷凝现象中，利用温度差而将空气中的水分冷凝成水，并且使用该原理的设备是除湿器。如今，在诸如家庭或者办公室的室内空间中，除了对维持干燥室内空间的湿度的加湿器的需要之外，对去除潮湿室内空间的湿气从而保持室内空间令人愉悦的除湿器的需要正在增加。
[0005]到目前为止，通过带走热量除湿的冷却除湿方法一一还被称为压缩机方法一一以及使用加热除湿的加热除湿方法——还被称为干燥方法——已被主要用作除湿方法。
[0006]特别地，在使用压缩机的方法的情况中，因为湿的空气中的水分首先使用制冷剂冷凝和排出并且空气被重新干燥，所以除湿效果取决于压缩机的容量，因此对除湿效果施加了限制，并且存在由于用于除湿的压缩机达到容量限制的过度操作而导致噪声增大的主要问题。

【发明内容】

[0007]本发明的实施例被设计用于解决上述问题，并且特别地，本发明致力于提供实施下述结构的热电转换器，其中，两个或者更多热电模块被堆叠，并且该堆叠的热电模块的冷却区域被布置成紧凑结构，以使得冷却效率最大化。
[0008]特别地，具有增强的冷却效率的热电转换器被应用到除湿器，以移除常规压缩机结构的压缩机，并且以实现仅具有热电模块的除湿器，所述热电模块具有完全不使用化学制冷剂的结构。
[0009]根据本发明实施例的热电转换器包括:第一热电模块，所述第一热电模块包括第一基板、设置成面向所述第一基板的第二基板及设置在所述第一基板与所述第二基板之间的第一热电元件;设置在所述第一基板上的第一热电转化构件;设置在所述第二基板上的第二热电转换构件;第二热电模块，所述第二热电模块包括在第三基板、设置成面向所述第三基板的第四基板及设置在所述第三基板与所述第四基板之间的第二热电元件;设置在所述第三基板上的第三热电转换构件；以及设置在所述第四基板上的第四热电转换构件，其中，所述第一基板和所述第三基板可以是热量产生基板，所述第二基板和所述第四基板可以是热量吸收基板，并且所述第一热电模块及所述第二热电模块可以布置成所述第二基板和所述第四基板面向彼此的结构。
【附图说明】
[0010]通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明的上述及其他目的、特征和优点将对于本领域技术人员而言更加明显。
[0011]图1是示出了根据本发明实施例的热电转换器的横截面视图；
[0012]图2是示出了图1所示的热电转换器的分解透视图；
[0013]图3示出了在图1所示的热电转换器结构的一部分处夹有第一热电模块的热电转换构件的布置；
[0014]图4是图3的主要部分的分解放大透视图；
[0015]图5和图6示出了根据图3及图4的热电转换构件的结构的实施例；
[0016]图7示出了实施根据实施例的结构的热电转换模块的示例，所述结构不同于图6所示的热电转换构件的结构；
[0017]图8和图9是示出了应用到根据本发明实施例的热电转换器的热电模块的结构的概念性视图；
[0018]图10示出了图9所示的热电元件的形状改变的修改实施例；以及
[0019]图11至图13是示出了应用到根据本发明实施例的热电转换器的热电元件的另一实施例的概念性视图。
【具体实施方式】
[0020]下文中，将结合附图详细描述根据本发明的构造和操作。在结合附图描述本发明时，贯穿全部附图，相似的附图标记赋予相似的元件，并且将省略其重复描述。诸如“第一”及“第二”的术语可以用于描述各种元件，但这些元件不应由这些术语限制。术语仅用于使一个元件不同于另一个元件。
[0021]图1是示出了根据本发明实施例的热电转换器10的横截面视图。图2是示出了图1所示的热电转换器10的分解透视图。图3示出了在图1所示热电转换器10结构的一部分处夹有第一热电模块100的热电转换构件220和320的布置。图4是图3的主要部分的分解放大透视图。
[0022 ]参见图1和图2，根据本发明的热电转换器1包括第一热电模块100、第二热电模块400、第一热电转换构件220、第二热电转换构件320、第三热电转换构件620以及第四热电转换构件520。
[0023]第一热电模块100可以包括第一基板140、设置成面向第一基板140的第二基板150、以及设置在第一基板140与第二基板150之间的第一热电元件120。第一热电转换构件220可以设置在第一基板140上，并且第二热电转换组件320可以设置在第二基板150上。
[0024]第二热电模块400可以包括第三基板440、设置成面向第三基板440的第四基板450、以及设置在第三基板440与第四基板450之间的第二热电元件420。第三热电转换构件620可以设置在第三基板440上，并且第四热电转换构件520可以设置在第四基板450上。
[0025]第一基板140和第三基板440可以是实施热量产生区域的热量产生基板，并且第二基板150和第四基板450可以是实施热量吸收区域的热量吸收基板。
[0026]第二基板150和第四基板450可以布置成面向彼此的结构。
[0027]在本发明的实施例中，一对热电模块100和400可以设置在下述结构中，其中，实现冷却散热片功能的热电转换构件320和520在实施冷却区域700的区域中在分别包括热电转换构件220、320、520以及620的热电转换模块200、300、500以及600之间共用，热电转换构件220、320、520以及620用作实施设置在热电模块中的每个热电模块处的热电转换操作的散热片或者冷却散热片的部件，从而最大化冷却效率。也就是说，分别包括执行热量吸收功能的第二热电转换构件320和第四热电转换构件520的第二热电转换模块300和第四热电转换模块500可以在冷却区域700的一部分处互相紧密接触。
[0028]第一热电模块100具有下述结构，其中，互相电连接的第一热电元件120设置在一对基板140与150之间。P型半导体和N型半导体在第一热电元件120处设置成对，并且，当施加电流时，由于玻尔帖效应(Peltier eff ect)，热量吸收部件和热量产生部件分别在上述的一对基板140和150处实施。在本发明的实施例中，下述情况将描述为示例，其中，在图1的结构中，热量吸收(冷却)区域形成为靠近第二基板150，并且热量产生区域形成为靠近第一基板140。这里，当然，在第二热电模块400的情况中，热量吸收(冷却)区域可以形成为靠近设置在第四基板450的上部处的第四热电转换构件520，并且热量产生区域则可以形成为靠近第三热电转换构件620，该第三热电转换构件设置为靠近第三基板440。
[0029]因此，在本发明的实施例中，分别包括热电转换构件320和520的第二热电转换模块300和第四热电转换模块500被布置成在限定为冷却区域700处的紧凑结构，从而通过将所述两个热电模块的冷却效果集中到一个区域而进一步使冷却效率最大化，其中，热电转换构件320及520分别形成第一热电模块100和第二热电模块400的冷却区域。
[0030]在这种情况下，引入到冷却区域700—一其是中央部分一一中的外部空气执行冷却过程，并且布置在第一热电模块100和第二热电模块400的热量产生区域处的第一热电转换模块200和第三热电转换模块600同时执行干燥功能，从而有效地干燥和去除空气中包含的水分，其中，第一热电模块100及第二热电模块400被布置在外侧。这种结构实现小容量的除湿操作，所述小容量的除湿操作即使没有在常规除湿器中的诸如使用制冷剂的冷却器和使制冷剂压缩的压缩机的结构，也允许执行除湿和干燥至期望温度。
[0031]图3和图4是示出了根据本发明的实施例的夹有热电转换器10的第一热电转换模块100的第一热电转换模块200和第二热电转换模块300的结构的视图。参见图3和图4，根据本发明实施例的热电转换器10的第一热电转换模块200和第二热电转换模块300的结构可以包括热电转换构件，所述热电转换构件具有预定节距Pl并且能够实施由与空气接触的第一基板140和第二基板150实施的冷却产生效果或者热量产生效果。
[0032]参见图3和图4，热电转换构件220和320可以形成为下述结构，其中，每个热电转换构件220和320被布置在分离的容纳模块210和310中。热电转换模块200和300分别设置在一对第一基板140和第二基板150上。在所示结构中，热电转换构件220和320可以实施为下述结构，其中，每个热电转换构件220和320分别与第一基板140和第二基板150的表面直接接触，或者实施为下述结构，其中，每个热电转换构件220和320通过分离的容纳模块210和310与第一基板140和第二基板150的表面间接接触。在根据本发明的热电转换器10中，分别与第一基板140和第二基板150相接触以执行热转换的热电转换构件220和320的结构可以包括与空气、液体等接触的表面，同时包括流动通道槽以最大化接触面积。
[0033 ]图5和图6示出了根据图3和图4的热电转换构件220的结构的实施例。
[0034]如图所示，为了执行表面与空气接触，第一热电转换构件220可以形成为下述结构，其中，形成空气流动通道Cl一一其是预定的空气传递通道一一的至少一个流动通道图案220A实施在包括第一平坦表面221和第二平坦表面222——其是第一平坦表面221的相反表面--的扁平板状基材上。
[0035]如图5和图6所示，基材可以形成为折叠结构，从而使得流动通道图案220A由具有预定节距P1、P2以及高度Tl的弯曲图案形成。也就是说，根据本发明实施例的热电转换构件220和320可以具有与空气接触的两个平坦表面，并且也可以实施为具有形成为使与空气接触的表面积最大化的流动通道图案的结构。
[0036]在图6所示的结构中，当空气被从流动通道Cl的方向在入口部分处引入时，其中，空气从所述入口部分引入，空气在与第一平坦表面221和第二平坦表面一一其是第一平坦表面221的相反表面——均匀地接触的同时朝向流动通道的端部C2的方向移动。因此，与具有简单扁平板状的接触表面相比，可以使得在相同空间中与更大量的空气接触，从而进一步改善热量吸收或者热量产生的效果。
[0037]特别地，为了进一步增加与空气接触的面积，第一热电转换构件220可以包括图6所示的基材的表面上的阻力式图案(resistive pattern)223。考虑到单元流动通道图案，阻力式图案223可以形成在第一弯曲表面BI和第二弯曲表面B2中的每一者上。阻力式图案223可以实施为下述结构，其中，每个阻力式图案朝向第一平坦表面221和面向第一平坦表面221的第二平坦表面222中的任意一者突出。
[0038]而且，热电转换构件220还可以包括穿过基材表面的多个液体流动槽224，并且，空气可以通过多个液体流动槽224而在热电转换构件220的第一平坦表面和第二平坦表面之间更自由地接触和流动。
[0039]特别地，如在图6局部放大视图中，阻力式图案223由突出结构形成，所述突出结构倾斜为具有与空气进入方向的倾斜角0，以使与空气的摩擦最大化，从而进一步增大接触面积或者提高接触效率。倾斜角Θ更优选地以下述方式形成，以使得阻力式图案的表面的水平延伸线与基材的表面的延伸线形成锐角，这是因为当倾斜角Θ为直角或者钝角时，阻力效果降低。而且，流体流动槽224可以布置在阻力式图案与基材的连接部分处，以同时增大诸如空气的流体的阻力以及提高空气朝向相反表面流动的效率。具体地，流体流动槽224在阻力式图案223的前部处形成在基材上，以允许一部分空气与阻力式图案223接触，以通过基材的前表面和后表面，从而进一步增加接触频率或者接触面积。
[0040]尽管图6所示的流动通道图案是具有预定节距的结构并且形成为具有预定周期(cycle)，但是单元图案的节距不必是均一的，并且图案的周期也可以是不均一的。而且，每个单元图案的高度Tl也可以变为不均一的。
[0041]虽然图4示出了根据本发明实施例的热电转换器的结构，在所述结构中，热电转换构件220、320、520及620分别包括在热电转换模块200、300、500及600中，但是热电转换器10可以实现为下述结构，其中，多个热电转换构件堆叠在另一实施例中的一个热电转换模块内。通过这种结构，与空气等接触的表面积可以进一步最大化，而且由于形成为折叠结构的本发明的热电转换构件的特性所导致的若干个接触表面可以形成在上述结构中的狭窄区域中，所以在相同的体积中，可以布置更多数目的热电转换构件。当然，诸如中间构件的支撑基板还可以布置在这种方式堆叠的热电转换构件之间。而且，热电转换器10也可以在又一实施例中实施为具有两个或三个热电转换模块的结构。
[0042]另外，在本发明的实施例中，形成热量产生部分的热电转换构件的节距及形成热量吸收部分的热电转换构件的节距可以形成为彼此不同。在这种情况下，特别地，在形成热量产生部分的热电转换模块内的热电转换构件的流动通道图案的节距形成为大于在形成热量吸收部分的热电转换模块内的热电转换构件的流动通道图案的节距。在这种情况下，布置在冷却区域700中的第一热电转换构件220及第三热电转换构件620的流动通道图案的节距的宽度与布置在冷却区域700中的第二热电转换构件320及第四热电转换构件520的流动通道图案的节距的宽度之间的比可以是属于1:0.5至1:2.0范围内的任一比。
[0043]另外，因为与扁平板结构或者常规的散热翅片结构的热电转换构件相比，在同样的体积内，根据本发明实施例的热电转换构件的结构能够实现大得多的接触面积，所以与扁平板结构的热电转换构件相比，可以使与空气接触的面积增大50%或者更多，并且因此，热电转换模块的尺寸可以显著减小。另外，各种材料一一包括具有高传热效率的诸如铝的金属材料以及合成树脂一一可以应用到热电转换组件中。
[0044]图7示出了在根据不同实施例的结构中实施第一热电转换模块200、第二热电转换模块300、第三热电转换模块300及第四热电转换模块500的示例，其中，所述不同实施例与上述参见图6所述的热电转换构件的结构不同。在图7所示的结构中，仅示出了与第二基板150接触从而实现冷却区域700的第二热电转换模块300，并且热电转换构件的设计可以从具有曲率的结构变为翅片结构330。当然，包括在上述第一热电转换模块200、第二热电转换模块300、第三热电转换模块600及第四热电转换模块500中的所有热电转换构件220、320、520及620可以实施为翅片结构。而且，虽然未示出，应用到本发明所有实施例的热电转换构件220、320、520及620可以通过将翅片结构型与图6所示的、流动通道图案被实施的类型进行组合而实施。
[0045]在图7所示的翅片结构型的热电转换构件的情况下，包括在布置于冷却区域700中的第一热电转换构件220及第三热电转换构件620中的翅片结构的翅片节距与包括在第二热电转换组件320及第四热电转换组件520中的翅片结构的翅片节距的比可以是在属于1:
0.5至1:2.0范围内的任一比。而且，在这种情况下，翅片结构中的翅片的长度可以实施为3mm至10mm的范围内。在上述范围内可以最大化冷却效率，而且当比偏离上述范围时，可能阻碍空气循环，或者可能增加不形成冷却区域700的热量产生区域的热量传递，因而降低冷却功能。
[0046]下文中，参见图8及图9，将更详细地描述应用到图1示出的根据本发明实施例的热电转换器10的第一热电模块的结构。下文中，因为第一热电模块100和第二热电模块400的结构是相同的，将针对第一热电模块100的结构给出描述。
[0047]包括根据本发明实施例的热电元件的热电模块可以形成为包括至少一个单元体(unit cell)的结构，所述单元体包括面向彼此的第一基板140和第二基板150以及第一半导体元件810和第二半导体元件820。第一半导体元件810定位在第一基板140与第二基板150之间，并且第二半导体元件位于第一基板140和第二基板150之间并且电连接到第一半导体元件810。绝缘基板一一诸如氧化铝基板一一可以用于第一基板140及第二基板150，或者在另一实施例的情况中，金属基板可以用于第一基板140和所述第二基板150，以用于热量吸收、热量产生效率以及使第一基板140和第二基板150减薄。当然，当第一基板140和第二基板150由金属基板形成时，热电模块优选地还包括介电层170a和170b，如图8所示，所述介电层分别形成在第一基板140与电极层160a之间以及第二基板150与电极层160b之间。当第一热电转换模块200的第三基板440和第四基板450与第二热电转换模块300的第一基板140和第二基板150实现为整体结构时，诸如氧化铝、Cu以及Cu合金的材料可以应用到第一基板140和第二基板150。
[0048]在金属基板的情况中，可以应用Cu或者Cu合金，并且金属基板可以减薄至在0.1mm至0.5mm的厚度范围内。当金属基板的厚度薄于0.1mm或者厚于0.5mm时，由于过高的热福射特性或者极高的热导率，热电模块的可靠性显著降低。而且，在介电层170a和170b的情况中，考虑到用于冷却的热电模块的热导率，具有5-10W/K的热导率的基板用作具有高热辐射性能的介电材料，并且介电层170a和170b的厚度可以在0.0lmm至0.15mm的范围内。在这种情况下，当厚度小于0.0lmm时，绝缘效率(或者耐电压特性)显著降低，并且当厚度超过0.15mm时，热导率降低并且热辐射性能下降。电极层160a和160b使用诸如Cu、Ag以及Ni的电极材料来使得第一半导体元件810与第二半导体元件820电连接，而且当多个图示单元体被连接时，如图3所示，单元体电连接至相邻的单元体。电极层的厚度可以形成为在0.0lmm至
0.3mm的范围内。当电极层的厚度小于0.0lmm时，电极的性能下降，并且导电率变差，而且当厚度超过0.3_时，由于电阻增大而导致导电效率降低。
[0049]特别地，在这种情况下，形成单元体的热电元件可以包括根据本发明实施例的堆叠结构的单元元件。在这种情况下，一侧可以是为P型半导体的第一半导体元件810，并且另一侧是为N型半导体的第二半导体元件820。第一半导体元件810和第二半导体元件820连接至金属电极160a及160b，这种结构形成为多个，并且玻尔帖效应由电路线材181和182实现，其中，电流通过电路线材181和182经由电极供给至半导体元件。
[0050]P型半导体或者N型半导体可以应用到热电模块内的半导体元件。N型半导体材料可以使用混合物形成，在所述混合物中，包括砸(Se)、镍(Ni)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、铅(Pb)、硼(B)、镓(Ga)、碲(Te)、铋(Bi)以及铟(In)的BiTe基主要材料物质与对应于所述主要材料物质的总重量的0.001至1.0wt %的Bi或Te被混合。例如，N型半导体材料可以形成为使B1-Se-Te的物质作为主要材料物质，并且添加对应于所述B1-Se-Te的总重量的0.001至
1.0wt %的別或Te。也就是说，当注入10g的B1-Se-Te时，额外混合的Bi或Te优选地应在0.0Olg至1.0g的范围内。如上所述，当添加到主要材料物质的物质重量的范围不在
0.001的％至0.1的％的范围内时，由于热导率没有下降，并且电导率下降，很显著地，不能够期望ZT值被改善。
[0051]优选地，P型半导体材料使用混合物形成，在所述混合物中，包括锑(Sb)、N1、Al、Cu、Ag、Pb、B、Ga、Te、Bi以及In的B1-Te-基主要材料物质与对应于所述主要材料物质的总重量的0.001至1.0的％的扮或Te被混合。例如，P型半导体材料可以形成为使B1-Sb-Te物质作为主要材料物质，并且添加对应于所述B1-Sb-Te的总重量的0.001至1.0wt%的扮或Te。也就是说，当注入10g的B1-Sb-Te时，额外混合的Bi或Te应在0.0Olg至1.0g的范围内。当加入到主要材料物质的物质重量的范围不在0.0Olwt%至0.1wt%的范围内时，由于热导率没有下降，并且电导率下降，显著地，不能够期望ZT值被改善。
[0052]考虑到下述事实即，P型半导体元件与N型半导体元件的电导特性之间的差异作为降低冷却效率的要素，尽管形成单元体并且面向彼此的第一半导体元件810和第二半导体元件820的形状和尺寸相同，但是第一半导体元件810和第二半导体元件820的体积可以形成为不同，从而改善冷却性能。
[0053]也就是说，通过使整体形状形成为不同、使具有相同高度的半导体元件的任意一个半导体元件的横截面直径增大、或者使相同形状的半导体元件的高度或者横截面直径形成为不同，面向彼此的单元体的半导体元件的体积可以形成为不同。特别地，N型半导体元件的直径可以形成为大于P型半导体元件的直径，以增大N型半导体元件的体积，从而提高热电效率。
[0054]图10示出了图9所示的热电元件的形状被改变的修改实施例。
[0055]参见图9和图10，根据本发明另一修改实施例的第一热电元件120可以实施为下述结构，所述结构包括:具有第一横截面面积的第一元件部分122;在面向第一元件部分122位置处、具有第二横截面面积的第二元件部分126;以及具有第三横截面面积、用以将第一元件部分122连接至第二元件部分126的连接部分124。特别地，在这种情况中，连接部分124的在任一区域处的水平横截面面积可以小于所述第一横截面面积和第二所述横截面面积。
[0056]当与具有相同材料并且具有一个横截面面积一一诸如立方体结构一一的热电元件相同量的材料被应用时，这种结构实现第一元件部分122和第二元件部分126的区域扩大并且连接部分124的长度增大，从而具有能够增大所述第一元件部分和所述第二元件部分之间的温度差A T优点。当如上述温度差增大时，在热侧与冷侧之间移动的自由电子的数目增加，从而使得产生的电的量增加，进而改善热量产生或冷却的效率。
[0057]因此，根据本实施例的第一热电元件120广泛地形成第一元件部分122和第二元件部分126的水平横截区域，并且延长了连接部分124的长度，以使得所述连接部分的横截面面积变小，其中，所述第一元件部分122和第二元件部分126在连接部分124的上部和下部处形成为扁平板结构或者其它三维结构。特别地，在本发明的实施例中，具有在连接部分124的水平横截面中最长宽度的横截面的宽度B与第一元件部分122和第二元件部分126的水平横截面之间的较大横截宽度A或者C之间的比应在满足1: 1.5至1:4范围的范围内。当上述比偏离这个范围时，热量从热侧传导至冷侧，因而实际上降低了热量产生的产生效率或者冷却的效率。
[0058]在这种结构的实施例的另一方面，在第一热电元件120中，第一元件部分122和第二元件部分126的纵向厚度al及a3可以形成为小于连接部分124的纵向厚度s2。
[0059]而且，在本实施例中，第一元件部分122的第一横截面面积一一其为水平横截面面积--和第二兀件部分126的第二横截面面积--其为水平横截面面积--可以形成为彼此不同。这是为了通过控制热电效率而容易地将温度差调节至期望值。另外，第一元件部分122、第二元件部分126以及连接部分124可以彼此一体地形成，并且在这种情况下，所述部分中的每个部分可以由相同材料形成。
[0060]图11示出了使用不同方法和配置实施根据本发明上述实施例的热电元件的结构的实例。
[0061 ]参见图11，在本发明的又一实施例中，上述半导体元件可以实现为堆叠结构而不是体相结构，以用于减薄并且进一步提高冷却效率。具体地，根据图9或图10的第一半导体元件810和第二半导体元件820的结构可以由单元构件形成，以防止材料损失以及改善电导特性，所述单元构件通过将其中半导体物质涂覆到片型基材上的多个结构堆叠以及切割单元构件而形成。
[0062]针对此，参见图11，图11是示出了制造上述堆叠结构的单元构件的方法的概念性视图。根据图11，包括半导体材料物质的材料被制成浆糊状物，并且这种糊状物被涂覆诸如片材和薄膜的基材111上，以形成半导体层112，从而形成一个单元构件110。如图11所示，多个单元构件110a、I 1b以及I 1c被堆叠以形成堆叠结构，然后从堆叠结构中切割的单元热电元件120被形成。也就是说，根据本发明的单元热电元件120可以由下述结构形成，其中，多个单元构件110通过将半导体层112堆叠在基材111上而形成。
[0063]在上述过程中，可以使用各种方法实现将糊状物涂覆至基材111上。例如，使用流延成型工艺可以实现糊状物的涂覆。流延成型工艺是通过下述方式制造浆体的工艺，即，将极细的半导体材料粉末与水溶性或非水溶性溶剂、粘合剂、增塑剂、分散剂、消泡剂以及表面活性剂混合，并且在移动叶片或者运载的移动基材上形成具有根据目的的均匀厚度的浆体。在这种情况下，在1um至10um厚度范围内的诸如薄膜、片材等的材料可以用作基材，而且当然，用于制造上述的体型元件的P型半导体材料和N型半导体材料也可以应用到所应用的半导体材料。
[0064]单元构件110可以被对准并堆叠成多层，而且在50_250°C的温度下被压制以形成堆叠结构。堆叠的单元构件110的数目可以在2-50的范围内。然后，可以进行切割预定形式和尺寸的堆叠结构的过程，并且可以增加烧结过程。
[0065]可以在通过堆叠根据上述过程制造的多个单元构件110形成的单元热电元件中实现形状的厚度和尺寸的均匀性。也就是说，尽管就常规体型热电元件而言，因为烧结的体相结构在锭研磨(ingot grinding)及精炼球磨(refining bal 1-mil I)过程之后被切割，所以大量的材料在切割过程中损失、难以切割成均匀尺寸并且由于3_至5_的厚度导致难以减薄，但是就根据本发明实施例的堆叠结构的单元热电元件而言，因为片材堆叠结构在将片型单元构件堆叠成多层之后被切割，所以几乎没有材料损失、由于具有均匀的厚度而可以实现材料的均匀性、单元热电元件的总厚度可以减薄到1.5mm或者更小并且可以应用各种形状。可以通过将堆叠结构切割成图11的(d)所示的形状作为图9的结构或者图10所示的根据本发明实施例的热电元件的结构而实施最终实施的结构。这种结构可以作为独立结构或者组合结构应用到图1所示的热电转换器的第一热电模块或者第二热电模块。
[0066]特别地，在制造根据本发明实施例的单元热电元件的过程中，通过堆叠多个单元构件110形成堆叠结构的过程还可以包括在每个单元构件110的表面上形成导电层。
[0067]也就是说，图12所示的导电层可以形成在图11的(C)中的堆叠结构的单元构件之间。所述导电层可以形成在其上形成有半导体层112的基材表面的相对表面上，并且在这种情况下，所述导电层可以由带图案的层形成，以形成单元构件的表面从其暴露的区域。与当导电层完全应用到所述单元构件表面上时相比，可以提高电导性，并且同时可以提高在每个单元构件之间的结合力，从而具有降低热导率的优点。
[0068]换言之，图12示出了根据本发明实施例的导电层C的各种修改实施例。其中暴露单元构件的表面的图案可以以各种方式被修改和设计，诸如包括图12的(a)和(b)所示的闭合型开口图案CI及C2的网格型结构或者包括图12的(c)和(d)所示的开放型开口图案C3及C4的线型结构。上述导电层不仅提高了形成为多个单元构件的堆叠结构的单元热电元件内的每个所述单元构件之间的结合力，而且降低了所述每个单元构件之间的热导率，从而具有提高电导性的优点。而且，相比于常规体型热电元件，改善了冷却量Qc及△ T(°C)，并且特别地，功率因子——也就是电导率一一增加了 1.5。因为电导率的增加直接涉及热电效率的提高，所以增强了冷却效率。导电层可以由金属材料形成，并且，所有金属电极材料一一诸如Cu、Ag及Ni——可以应用到导电层。
[0069]当图11所示的堆叠结构中的单元热电元件应用到图1和图2所示的热电模块时，即，当根据本发明实施例的热电元件设置在第一基板140与第二基板150之间，并且使用形成为包括电极层和介电层结构的单元体实施所述热电模块时，总厚度Th可以形成为在1_至1.5_的范围内，从而使得与使用常规体型元件相比，所述热电模块薄得多。
[0070]另外，如图13所示，图10所示的热电元件120及130可以被对准以在图13(a)所示的向下方向Y上水平地布置，而且如图13的(c)那样被切割，以实施根据本发明实施例的热电元件。
[0071]也就是说，尽管热电模块可以形成为下述结构，其中，第一基板140、第二基板150、半导体层112以及基材表面被布置为彼此相邻，但是如图13的(b)所示，热电元件本身可以是竖直的，以允许单元热电元件的侧表面部分设置为与第一基板和第二基板相邻。在这种结构中，导电层的端部部分比水平布置的结构更多地暴露到侧表面部分，从而由于能够提高导电特性而同时降低在竖直方向上的热传导效率，并且进一步提高冷却效率。而且，通过如图13所示那样切割，可以实现和应用图10的形状。
[0072]如上所述，在应用到可以在各种实施例中实施的本发明的热电模块的热电元件中，尽管面向彼此的第一半导体元件810和第二半导体元件820的形状和尺寸是相同的，但是考虑到下述事实，即，在这种情况下，P型半导体元件与N型半导体元件的电传导特性之间的差异作为降低冷却效率的要素，第一半导体元件810和第二半导体元件820的体积可以形成为不同从而改善冷却性能。
[0073]也就是说，通过使整体形状形成为不同、使具有相同高度的半导体元件的任意一个的横截面直径增大、或者使相同形状的半导体元件的高度或者横截面直径形成为不同，面向彼此的半导体元件的体积可以形成为不同。特别地，N型半导体元件的直径可以形成为大于P型半导体元件的直径，以增加所述N型半导体元件的体积，从而提高热电效率。
[0074]根据本发明上述实施例的形成为各种结构的热电元件以及包括所述热电元件的热电模块能够应用到除湿器，以使除湿效率最大化。
[0075]根据本发明的实施例，可以提供实施下述结构的热电转换器，其中，两个或者更多的热电模块被堆叠，并且堆叠的热电模块的冷却区域被布置成紧凑结构，以使冷却效率最大化。
[0076]特别地，当应用根据本发明实施例的热电转换器被应用以实施除湿器时，常规压缩机结构的压缩机可以被移除，并且除湿器可以仅由完全不使用化学制冷剂的热电转换模块实现。
[0077]在本发明的上述详细描述中描述了具体实施例。然而本发明可以以各种方式修改而不背离本发明的范围。本发明的技术精神不应该被本发明的上述实施例限定，并且应该由下述的权利要求书及它们的等同物来限定。
【主权项】
1.一种热电转换器，其包括: 第一热电模块，所述第一热电模块包括第一基板、设置成面向所述第一基板的第二基板以及设置在所述第一基板与所述第二基板之间的第一热电元件； 第一热电转换构件，所述第一热电转换构件设置在所述第一基板上； 第二热电转换构件，所述第二热电转换构件设置在所述第二基板上； 第二热电模块，所述第二热电模块包括第三基板、设置成面向所述第三基板的第四基板以及设置在所述第三基板与所述第四基板之间的第二热电元件； 第三热电转换构件，所述第三热电转换构件设置在所述第三基板上；以及 第四热电转换构件，所述第四热电转换构件设置在所述第四基板上，其中: 所述第一基板和所述第三基板是热量产生基板； 所述第二基板和所述第四基板是热量吸收基板;并且 所述第一热电模块和所述第二热电模块被布置成所述第二基板和所述第四基板面向彼此的结构。2.根据权利要求1所述的热电转换器，其中，所述第一热电模块和所述第二热电模块被布置为使得所述第二热电转换构件和所述第四热电转换构件彼此接触。3.根据权利要求1所述的热电转换器，其中，所述第一热电转换构件、所述第二热电转换构件、所述第三热电转换构件以及所述第四热电转换构件包括多个翅片结构。4.根据权利要求3所述的热电转换器，其中，包括在所述第一热电转换构件和所述第三热电转换构件中的翅片结构的翅片节距与包括在所述第二热电转换构件和所述第四热电转换构件中的翅片结构的翅片节距之间的比为属于1: 0.5至1:2.0范围内的任一比。5.根据权利要求4所述的热电转换器，其中，所述翅片结构中的翅片的长度为属于3mm至I OOmm范围内的任一长度。6.根据权利要求4所述的热电转换器，其中，所述第一热电转换构件、所述第二热电转换构件、所述第三热电转换构件以及所述第四热电转换构件中的至少一个包括: 热量产生基材，所述热量产生基材具有与空气接触的第一平坦表面和面向所述第一平坦表面的第二平坦表面；以及 至少一个流动通道图案结构，所述至少一个流动通道图案结构被配置为在所述热量产生基材内在空气流动方向上形成空气流动通道。7.根据权利要求6所述的热电转换器，其中，所述流动通道图案是包括弯曲图案的结构，所述弯曲图案具有在所述热量产生基材的纵向方向上的均一节距。8.根据权利要器6所述的热电转换器，其中，包括在所述第一热电转换构件和所述第三热电转换构件中的流动通道图案的节距的宽度与包括在所述第二热电转换构件和所述第四热电转换构件中的流动通道图案的节距的宽度之间的比为属于1: 0.5至1: 2.0的范围内的任一比。9.根据权利要求6所述的热电转换器，其还包括从所述流动通道图案的表面上的所述热量产生基材的表面突出的阻力式图案。10.根据权利要求1至9中的任一项所述的热电转换器，其还包括空气循环模块，所述空气循环模块配置为将外部空气引入所述热电转换器中并且使空气循环。
【文档编号】H01L35/02GK106025055SQ201610200517
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】李钟旼, 赵容祥, 元冨云
【申请人】Lg伊诺特有限公司