전기화학 펠티어 셀 및 그의 제작 방법
A ELECTROCHEMICAL PELTIER CELL AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME
특허 요약
본 발명은 하부 셀 전극과 하부 셀 전극과 이격되어 상부에 배치되며 일정 온도 차를 유지하는 상부 셀 전극을 포함하는 복수의 셀 전극; 및 전극의 면적과 대응하는 형상을 갖으며 복수의 전극 사이에 배치되며 액상의 전해질을 포함하는 셀;을 포함하되, 온도 차는 셀의 방향성, 셀에 인가되는 부하전압, 부하전류, 셀 전극의 크기 및 셀 전극 간 거리 중 적어도 어느 하나를 조절하는 것에 기초하여 복수의 셀 전극 사이에 최적의 온도 차로 형성되며, 상부 셀 전극은 하부 셀 전극 보다 낮은 온도를 갖는 전지형태의 전기화학 펠티어 셀에 관한 것이다.
청구항
번호청구항
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플래티늄(Pt)으로 이루어지는 서로 상이한 전극에 직류 전류를 인가함에 따라 전류의 반대 방향으로 이동하는 열전 소자에 의해 열원으로 작동하는 하부 셀 전극 및 상기 하부 셀 전극과 이격되어 상부에 배치되며 일정 온도 차를 유지하면서 냉원으로 작동하는 상부 셀 전극을 포함하는 복수의 셀 전극; 및자연 대류에 의한 간섭 방지를 위해 원기둥 형상으로 형성된 상기 복수의 셀 전극의 면적과 대응하는 형상을 갖으며 상기 복수의 전극 사이에 배치되며 액상의 전해질을 둘러싸도록 배치된 셀;을 포함하되,상기 온도 차는 상기 셀의 방향성, 상기 셀 전극에 인가되는 부하전압, 부하전류, 상기 셀 전극의 크기 및 상기 셀 전극 간 거리 중 적어도 어느 하나를 조절하는 것에 기초하여 상기 복수의 셀 전극 사이에 최적의 온도 차로 형성되며, 상기 상부 셀 전극은 하부 셀 전극 보다 낮은 온도를 갖되, 상기 온도 차는 플래티늄 전극을 사용한 전극을 기준으로 상기 셀 전극 간 거리가 20mm인 경우에 형성되는, 전지 형태의 전기화학 펠티어 셀.

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제1항에 있어서,상기 전해질은 높은 제벡계수(Seebeck Coefficient)를 갖는 고농도의 전해질인 HCF(Hexacyanaferrite)로 이루어지며, 상기 셀은 아세탈(Acetal) 또는 테플론(Taflon)으로 이루어지는, 전지형태의 전기화학 펠티어 셀.

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제1항에 있어서,상기 상부 셀 전극 및 상기 하부 셀 전극은 전도도 향상을 위해 플래티늄(Pt, Platinum) 또는 구리, 니켈, 타이타늄을 포함하는 금속 호일로 이루어지는, 전지형태의 전기화학 펠티어 셀.

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제1항에 있어서,상기 하부 셀 전극의 하부에 배치되는 냉각팬을 더 포함하며,상기 냉각팬은 상기 하부 셀 전극 측에서 발생하는 열을 방출하여 상기 상부 셀 전극 사이에 일정 온도 차를 유지하는 기능을 수행하는, 전지형태의 전기화학 펠티어 셀.

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제1항에 있어서,상기 복수의 셀 전극의 형태에 기초하여 상기 셀은 원기둥의 형상을 갖는, 전지 형태의 전기화학 펠티어 셀.

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제1항에 있어서,상기 복수의 셀 전극 사이의 온도 차는 상기 상부 셀 전극 및 상기 하부 셀 전극에 인가되는 상기 부하전압 또는 상기 부하전류에 따라 상이한 경우, 줄열을 줄일 수 있도록 낮은 부하전압에서 높은 온도 차를 갖게 하는 부하전압을 최적 부하전압으로 판단하고, 상기 최적 부하전압은 하기 수학식에 의해 결정되는, 전지형태의 전기화학 펠티어 셀.[수학식] (Q는 펠티어 효과에 의한 흡열량, 는 펠티어 효과에 의한 흡열량, 는 고온부에서 저온부로의 열전도량, 은 펠티어 셀에서 발생하는 줄열 즉, 발열량에 의한 손실(), R은 펠티어 셀의 내부 저항을 나타냄)

8

제1항에 있어서,상기 복수의 셀 전극 사이의 온도 차는 상기 복수의 셀 전극 간 거리에 따라 상이하고, 상기 복수의 셀 전극 간 거리가 인접하면 줄열 및 온도평형 성질에 의해 상기 온도 차는 감소하는, 전지형태의 전기화학 펠티어 셀

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제8항에 있어서,상기 셀 전극 간 거리 조절에 기초하여, 상기 복수의 셀 전극 사이의 온도 차가 최대이며 상기 상부 셀 전극 표면에서의 온도 차()가 최대인 셀 전극 간 거리를 최적 거리로 결정하는, 전지형태의 전기화학 펠티어 셀.

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제9항에 있어서,상기 복수의 셀 전극 사이의 온도 차가 상기 상부 셀 전극 및 상기 하부 셀 전극의 크기에 따라 상이한 경우, 상기 결정된 최적 거리에 대해, 상기 최적 거리와 셀 전극의 크기가 8:3의 비율을 갖는 셀 전극 크기를 최적 크기로 결정하는, 전지형태의 전기화학 펠티어 셀.

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제1항에 있어서,상기 복수의 셀 전극 간의 온도 변화를 정확하게 측정하기 위해 셀의 내부/외부의 온도가 평형을 이루도록 온도를 안정화시키는 항온기를 더 포함하는, 전지형태의 전기화학 펠티어 셀.

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상부 셀 전극, 하부 셀 전극, 상기 상부 셀 전극과 상기 하부 셀 전극 사이에 배치된 전해질 및 상기 전해질을 둘러싸면서 상기 상부 셀 전극과 상기 하부 셀 전극의 크기에 대응하도록 형성된 셀을 포함하는 전기화학 펠티어 셀의 구동 방법에 있어서,기 설정된 안정화 시간동안 항온기를 이용하여 상기 셀의 내/외부 온도의 평형을 맞추는 단계;상기 온도의 평형이 이루어진 후, 전력이 차단된 상태에서 기 설정된 시간동안 상기 상부 셀 전극과 상기 하부 셀 전극을 포함하는 복수의 셀 전극의 온도를 기록하는 단계; 및상기 기 설정된 시간 이후에 일정 시간 동안 전력을 공급하여 상기 전기화학 펠티어 셀을 구동하고, 구동 시 상기 상부 셀 전극 및 상기 하부 셀 전극 사이에 형성되는 최적의 온도 차를 결정하는, 전지형태의 전기화학 펠티어 셀의 구동 방법.

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제12항에 있어서,상기 복수의 셀 전극 사이의 온도 차가 상기 상부 셀 전극 및 상기 하부 셀 전극에 인가되는 부하전압 또는 부하전류에 따라 상이한 경우, 줄열을 줄일 수 있도록 낮은 부하전압 또는 낮은 부하전류에서 높은 온도 차를 갖게 하는 부하전압 또는 부하전류를 최적 부하전압또는 부하전류)으로 판단하고, 상기 최적 부하전압은 하기 수학식에 의해 결정되는, 전지형태의 전기화학 펠티어 셀의 구동 방법.[수학식] (Q는 펠티어 효과에 의한 흡열량, 는 펠티어 효과에 의한 흡열량, 는 고온부에서 저온부로의 열전도량, 은 펠티어 셀에서 발생하는 줄열 즉, 발열량에 의한 손실(), R은 펠티어 셀의 내부 저항을 나타냄)

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제12항에 있어서,상기 복수의 셀 전극 사이의 온도 차는 상기 복수의 셀 전극 간 거리에 따라 상이하고, 상기 복수의 셀 전극 간 거리가 인접하면 줄열 및 온도평형 성질에 의해 상기 온도 차는 감소하며, 상기 셀 전극 간 거리 조절에 기초하여, 상기 복수의 셀 전극 사이의 온도 차가 최대이며 상기 상부 셀 전극 표면에서의 온도 차()가 최적인 셀 전극 간 거리를 최적 거리로 결정하는, 전지형태의 전기화학 펠티어 셀의 구동 방법.

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제14항에 있어서,상기 복수의 셀 전극 사이의 온도 차는 상기 상부 셀 전극 및 상기 하부 셀 전극의 크기에 따라 상이하며, 상기 결정된 최적 거리에 대해, 상기 최적 거리와 셀 전극의 크기가 8:3의 비율을 갖는 셀 전극 크기를 최적 크기로 결정하는, 전지형태의 전기화학 펠티어 셀의 구동 방법.

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제12항에 있어서,상기 전해질은 높은 제벡계수(Seebeck Coefficient)를 갖는 고농도의 전해질인 HCF(Hexacyanaferrite)로 이루어지며, 셀은 아세탈(Acetal) 또는 테플론(Taflon)으로 이루어지는, 전지형태의 전기화학 펠티어 셀의 구동 방법.

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제12항에 있어서,상기 상부 셀 전극 및 상기 하부 셀 전극은 전도도 향상을 위해 플래티늄(Pt, Platinum) 또는 구리, 니켈, 타이타늄을 포함하는 금속 호일로 이루어지는, 전지형태의 전기화학 펠티어 셀의 구동 방법.

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제12항에 있어서,상기 하부 셀 전극 및 상기 상부 셀 전극 간의 온도 차를 유지하기 위해 상기 하부 셀 전극의 하부에 배치되는 냉각팬을 이용하여 상기 하부 셀 전극 측에서 발생하는 열을 방출하는 단계를 더 포함하는, 전지형태의 전기화학 펠티어 셀의 구동 방법.

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제12항에 있어서,상기 하부 셀 전극은 고온부, 상기 상부 셀 전극은 저온부로 역할을 수행하는, 전지형태의 전기화학 펠티어 셀의 구동 방법.

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하부 셀 전극과 상기 하부 셀 전극과 이격되어 상부 셀 전극이 배치되며 자연 대류에 의한 간섭 방지를 위해 원형 형상을 갖는 복수의 셀 전극; 및상기 복수의 셀 전극 사이에 배치되어 전자 이동이 이루어지는 전해질을 포함하고 상기 셀 전극의 면적과 대응하도록 원기둥 형상을 갖는 셀;을 포함하고,상기 복수의 셀 전극 간 거리에 기초하여 최적 거리를 결정하고, 상기 최적 거리에 대하여 8:3의 비율을 만족하는 최적 셀 전극 크기를 결정하여 상기 복수의 셀 전극 사이의 최고 온도 차를 형성시키는, 전지형태의 전기화학 펠티어 셀.