KR100898492B1 - 고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치에 관한 것으로, 내부에 물이 채워지고 일측에 광투과성 부재가 장착되는 케이스; 상기 광투과성 부재를 향하여 배치되는 광원과 상기 광원이 장착되는 기판을 포함하고, 상기 광원과 기판이 물에 완전히 잠겨진 상태에서, 상기 광원과 기판의 주위로 물이 순환되며 상기 광원과 기판으로부터 열을 흡수하여 상기 케이스 내의 상기 광원과 기판의 상부에서 자연 대류를 일으켜 상기 열을 상기 케이스로 전달하도록 상기 케이스 내에서 상기 케이스의 일측 및 타측에 이격되게 장착되고 상기 케이스의 일측과 타측이 서로 관통되는 개방부를 구비하는 발광부; 및 상기 기판에 장착되어 외부로부터 상기 광원으로 전원을 공급하는 전원공급부;를 포함한다. 이와 같은 본 발명에 따르면, 고광력 광원을 조명으로서 사용하기 위하여 상기 광원으로부터 방출되는 많은 열을 액체에 의한 대류를 통해 1차적으로 냉각하고 케이스의 방열구조를 이용하여 2차적으로 냉각함으로써, 조명장치의 안정적인 성능 발휘와 장시간 사용이 가능하게 하는 효과가 있다.

광력, LED, 액체, 냉각, 방열, 대류

Description

고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치{A CIRCUALTING AND COOLING TYPE ILLUMINATOR USING A LIHGT SOURCE OF HIGH ILLUMINATING POWER}

본 발명은 고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 고광력 광원을 조명으로서 사용하기 위하여 상기 광원으로부터 방출되는 많은 열을 액체에 의한 대류를 통해 1차적으로 냉각하고 케이스의 방열구조를 이용하여 2차적으로 냉각함으로써 조명장치의 안정적인 성능 발휘와 장시간 사용이 가능하게 한 고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치에 관한 것이다.

현재 생산되는 일반 고휘도 LED는 광력이 약하여 보안등 또는 가로등과 같은 용도로는 사용할 수 없어서, 1W 이상의 전력을 사용할 수 있는 파워 LED를 보안등 또는 가로등에 채용하려고 하고 있다. 그러나 이러한 파워 LED로 보안등 또는 가로등에 사용하는 경우에, 상기 파워 LED로부터 발생되는 열이 문제가 되고, 이러한 문제를 해결하기 위하여 많은 연구가 이루어지고 있다.

보안등이나 가로등의 용도로 활용되기는 어렵지만 LED의 온도를 낮추는 방식에 대해서는 도 7에 도시된 일본 공개특허공보 제2008-124117호(이하 "종래기술"이라 칭함)에 개시된 바 있다. 즉, 종래의 조명기구는, 불활성 액체(3)가 채워진 원 통형의 케이스(1)의 일측에는 유리(5)가 장착되고 타측에는 기판(7)에 실장된 LED(9)가 장착된다. 이러한 종래기술에서는 불활성 액체(3)를 통해 온도 상승을 억제할 수는 있으나, 이는 케이스(1)의 크기가 내경 1.8㎜, 외경 2.0㎜, 길이 5.0㎜로 소형의 조명기구로서, 보안등이나 가로등으로 사용하기에는 광력이 지나치게 약하다.

따라서 이러한 종래기술을 보안등이나 가로등으로 활용하기 위하여 LED를 전체 전력이 27W 소요되는 다수개의 파워 LED(9)로 교체하여 실험하였다.

그 결과 종래기술에서는 전원을 공급하여 LED(9)가 발광한지 2시간 30분이 경과하면 265℃까지 온도가 상승하였고, 3시간이 경과했을 때는 광원이 소멸된다는 점이 확인되었다. 이는 파워 LED(9)의 전방뿐만 아니라 후방으로도 많은 양의 열이 방출됨에도 불구하고 전방의 열만을 액체(3)가 흡수함으로써 LED(9)의 방열성능이 저하되었기 때문이다.

그리고 종래기술에 따른 조명장치는 설치하는 방향에 따라 대류가 원활히 이루어지지 않을 수 있다. 즉, 조명장치를 하방을 향하게 하면 액체(3)에 열이 상부로부터 공급되므로, 상부의 액체가 고온이 된 상태이므로 액체(3)의 대류가 일어나지 않는다. 따라서 액체를 통한 조명장치의 방열이 이루어질 수 없었다.

또한 조명장치를 상방을 향하게 하면 액체의 대류는 일어날 수 있지만, 이 역시 LED(9)의 전방에서 발생하는 열만을 방열하기 위한 것일 뿐만 아니라, LED(9)로부터 유리(5)까지의 거리가 멀어 LED로부터의 광이 산란되어 온전히 유리를 통과하는 양이 적었다. 따라서 원하는 광도의 조명장치를 달성할 수 없었고, 원하는 정 도의 광도를 발하려면, 그만큼 LED로부터 열이 많이 발생하게 되므로, 종래의 조명장치에서는 이러한 악순환이 반복될 수밖에 없었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 고광력 광원을 조명으로서 사용하기 위하여 상기 광원으로부터 방출되는 많은 열을 액체에 의한 대류를 통해 1차적으로 냉각하고 케이스의 방열구조를 이용하여 2차적으로 냉각하는 고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 고광력 광원을 액체에 침지시킴으로써 액체에 의한 방열성능을 보다 향상시킨 고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 고광력 광원의 위치를 변경함으로써 다양한 방향으로 사용할 수 있으면서도 유사한 성능을 발휘할 수 있는 고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치를 제공하기 위한 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 제1발명은 고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치에 관한 것으로, 내부에 물이 채워지고 일측에 광투과성 부재가 장착되는 케이스; 상기 광투과성 부재를 향하여 배치되는 광원과 상기 광원이 장착되는 기판을 포함하고, 상기 광원과 기판이 물에 완전히 잠겨진 상태에서, 상기 광원과 기판의 주위로 물이 순환되며 상기 광원과 기판으로부터 열을 흡수하여 상기 케이스 내의 상기 광원과 기판의 상부에서 자연 대류를 일으켜 상기 열을 상기 케이스로 전달하도록 상기 케이스 내에서 상기 케이스의 일측 및 타측에 이격되게 장착되고 상기 케이스의 일측과 타측이 서로 관통되는 개방부를 구비하는 발광부; 및 상기 기판에 장착되어 외부로부터 상기 광원으로 전원을 공급하는 전원공급부;를 포함한다.

이때 상기 개방부는 내측으로 관통된 관통공 형태로 이루어질 수도 있다.

그리고 상기에서 케이스는 일반적으로 원통형태로 이루어지고, 원통형태인 케이스의 길이방향 일측에 광투과성 부재가 장착되는 경우가 일반적이지만, 원통형태의 케이스 측부에 광투과성 부재가 장착되고 상기 광투과성 부재로 광원으로부터 발생된 광이 방출되도록 구성될 수도 있다. 아울러, 상기 케이스는 원통 형태가 아닌, 삼각 기둥 형태, 사각 기둥 형태 등 다양한 형태로 구성될 수 있다.

제2발명은, 제1발명에서, 상기 발광부는, 상기 케이스의 광투과성 부재가 하방을 향하도록 배치된 경우에는, 상기 광투과성 부재로부터 상기 케이스의 길이의 1/3 지점에 장착되는 것을 특징으로 한다.

제3발명은, 제1발명에서, 상기 발광부는, 상기 케이스의 광투과성 부재가 측방을 향하도록 배치된 경우에는, 상기 광투과성 부재로부터 상기 케이스의 길이의 1/3 지점에 장착되고, 상기 케이스는, 상기 발광부의 후방에서 물의 대류가 활발히 이루어질 수 있도록 상방으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.

제4발명은, 제1발명에서, 상기 발광부는, 상기 케이스의 광투과성 부재가 상방을 향하도록 배치된 경우에는, 상기 광투과성 부재로부터 상기 케이스의 길이의 2/3 지점에 장착되는 것을 특징으로 한다.

제5발명은, 제1발명 내지 제4발명 중 어느 하나에서, 상기 케이스는 서로 이격된 내측관과 외측관으로 구성되고, 상기 내측관과 외측관 중 하나 이상은, 케이 스 내부와 외기와의 온도차에 의한 수축 및 팽창과, 상기 케이스 내부의 온도의 방열을 위하여 주름진 형태로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

제6발명은, 제1발명 내지 제4발명 중 어느 하나에서, 상기 케이스에는 상기 발광부를 상기 케이스의 길이방향으로 전후진시킬 수 있는 이동수단이 구비되고, 상기 전원공급부는 상기 이동수단을 통하여 상기 발광부에 전원을 공급하는 것을 특징으로 한다.

제7발명은, 제6발명에서, 상기 이동수단은, 상기 발광부에 장착되어 상기 케이스가 설치된 상태의 상단으로 연장되는 숫나사가 형성된 이동스크류와, 상기 케이스의 외면에서 회전을 통해 상기 이동스크류를 전후진시켜 상기 발광부를 이동되게 하는 암나사가 형성된 너트를 포함하고, 상기 전원공급부는 상기 이동스크류의 내부에 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치는, 고광력 광원을 조명으로서 사용하기 위하여 상기 광원으로부터 방출되는 많은 열을 액체에 의한 대류를 통해 1차적으로 냉각하고 케이스의 방열구조를 이용하여 2차적으로 냉각함으로써, 조명장치의 안정적인 성능 발휘와 장시간 사용이 가능하게 하는 효과가 있다.

그리고 본 발명에 따르면, 고광력 광원을 액체에 침지시킴으로써 액체에 의한 방열성능을 보다 향상시킴으로써, 광원에서 발생되는 열에 의해 광원의 온도가 상승하는 것을 현격히 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따르면, 고광력 광원의 위치를 변경함으로써 다양한 방향으로 사용할 수 있으면서도 유사한 성능을 발휘할 수 있어, 하나의 조명장치를 다양한 방향으로 사용하여 다양한 기능을 수행할 수 있는 잇점이 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치에 관하여 첨부되어진 도면과 더불어 설명하기로 한다.

<제1실시예>

먼저 본 발명에 따른 고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치의 제1실시예에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치의 제1실시예를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 단면도이며, 도 3은 도 2의 A-A'선에 따른 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치는 크게 케이스(10), 발광부(20) 및 전원공급부(30)로 구성되고, 하방을 비추기 위한 조명장치로서 사용되는 경우에 사용될 수 있다. 이때 하방이란 완전한 수직방향의 하방을 포함하여 좌우 45°범위 내에서 기울어지는 각도까지를 의미한다.

케이스(10)는 원통형상으로 이루어지고, 상기 케이스(10)의 일부는 외부로 직경이 커지는 나팔 형태로 구성된다. 그리고 상기 케이스(10)에서 직경이 커진 단 부에는 광투과성 부재(11)가 장착된다. 이때 광투과성 부재(11)는 광을 투과할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지는 않지만, 일반적으로 유리 또는 렌즈가 사용된다. 그리고 상기 나팔 형태의 케이스(10) 내부에는, 빛의 방향성과 반사집광판 역할을 위하여 거울화 가공 또는 도금되는 것이 바람직하다.

이러한 케이스(10)의 내부에는 액체(50)가 채워진다. 상기 액체(50)는 물이나 여러가지의 다른 액체를 사용할 수 있고, 광원(21)의 색상이나 밝기를 고려하여 투명하거나 반투명한 액체를 사용할 수도 있다. 또한 상기 액체(50)는 열에 의한 대류가 원활히 이루어질 수 있도록 끓는점이 비교적 낮을 뿐만 아니라, 가격이 저렴한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이에 따라 본 실시예에서는, 상기 액체(50)로서, 투명하고 끓는점이 낮을 뿐만 아니라, 가격이 저렴한 물을 사용하였다.

그리고 이러한 액체(50)는 상기 케이스(10)를 완전히 채우거나 약간의 공간을 남기고 채워질 수 있다. 이때 상기 케이스(10)에 액체(50)를 어느 정도 채울지는, 액체(50)의 종류에 따라 100℃ 이하의 온도에서 기화되거나 열팽창되는 정도를 고려하여 결정된다.

아울러, 상기 액체로, 히트파이프에 사용되는 쉽게 기화되는 액체 화합물을 사용하고, 케이스(10)의 저부에 놓여진 발광부(20)가 상기 액체에 잠겨 있는 경우에는, 케이스(10)의 상부는 빈 공간으로 유지시켜 발광부(20)의 발열로 기화된 액체가 케이스(10) 상부의 빈 공간에서 냉각 액체로 환원되어 케이스 내벽을 타고 흘러내려 케이스(10)의 저부로 이동함으로써, 발광부(20)가 액체에 담겨진 상태를 유지하면서, 상기 발광부(20)를 냉각시키는 것도 가능하다.

또한 상기 케이스(10)는, 하나의 관 형태로 이루어질 수도 있지만, 서로 이격된 내측관(13)과 외측관(15)으로 구성될 수도 있다. 이때 내측관(13)과 외측관(15) 중 하나 이상에는, 케이스(10) 내부와 외기와의 온도차에 의한 수축 및 팽창과, 케이스(10) 내부의 온도의 방열을 위하여 주름진 형태의 방열부(13a, 15a)가 형성될 수 있다.

즉, 외부의 온도와 케이스(10) 내부의 온도간에 급격한 차이가 발생하면 케이스(10)에 파손이 발생할 수 있다. 따라서 내측관(13)과 외측관(15) 사이를 이격시켜 외기와 케이스(10) 내부의 온도간에 완충지역을 둠과 아울러, 내측관(13)과 외측관(15)에 방열부(13a, 15a)를 형성하여 내측관(13)과 외측관(15) 자체가 수축 및 팽창할 수 있는 구조로 마련된다. 이때 상기 내측관(13)과 외측관(15) 사이의 공간에는, 내측관으로 공급된 열이 신속히 방열되도록 액체 또는 기체의 순환이나 대류가 이루어질 수 있게 구성될 수도 있다.

또한 내측관(13)과 외측관(15)이 주름지게 형성되어 있으므로, 내측관(13)과 외측관(15)이 외기에 면하는 면적이 넓어지므로, 케이스(10) 내부로부터 전달받은 열이 외기에 의해 보다 쉽고 빠르게 방열될 수 있다.

아울러, 상기 케이스(10)에는 이하에서 설명될 발광부(20)의 기판(23)이 장착될 수 있는 체결편(17)이 내주연에 구비된다. 그리고 이하에서 설명될 전원공급부(30)가 케이스(10)를 통하여 상기 기판(23)에 장착될 수 있도록 관통된 통공(19)이 구비된다.

한편, 발광부(20)는 상기 광투과성 부재(11)를 향하여 배치되는 광원(21)과 상기 광원(21)이 장착되는 기판(23)을 포함한다. 상기 광원(21)은 보안등 및 가로등에 사용될 수 있는 광력이 강한 것으로 이루어지고, 일반적으로 1W 이상의 전력이 사용되는 다수의 파워 LED를 직병렬로 연결하여 사용된다. 따라서 상기 광원(21)은 강한 빛을 발광하게 되나, 그에 비례하여 많은 열을 방출하게 된다.

이때 상기 광원(21)으로부터 발생되는 열을 제어하지 못한다면, 상기 광원(21)의 성능 및 수명은 오래 지속될 수가 없다. 또한 상기 열을 제어하기 위하여 고가이거나 부피가 큰 구조가 필요하다면, 이는 상기 광원(21)을 실용적인 용도로 사용하기가 곤란하다. 따라서 본 발명에서는, 발생되는 열을 단순하고 안정적이면서도 저가로 제어할 수 있는 구조를 채택하였고, 그 구조에 대해서는 이하에서 보다 상세히 설명될 것이다.

기판(23)의 양단에는 상기 케이스(10) 내측에 구비된 체결편(17)에 체결될 수 있는 체결공(23a)이 마련된다.

그리고 상기 발광부(20)가 체결편(17)에 체결되는 위치는, 상기 케이스(10)에서 광투과성 부재(11)가 장착되는 일측으로부터 상기 케이스(10) 전체 길이의 약 1/3이 되는 지점이다. 이는 도 2에 도시된 바와 같이, 발광부(20)에서 발생하는 열에 의해 액체(50)가 케이스(10) 내에서 대류할 수 있는 공간을 확보하기 위함이다. 즉, 저온의 액체는 고온의 액체에 비해 무거우므로, 액체(50)에 열이 공급되어 액체(50)의 온도가 올라가면 고온의 액체는 상부로 상승하고 상부에 있는 상대적으로 저온의 액체는 하부로 하강한다. 그리고 이와 같은 액체(50)의 자연적인 대류를 위해서는 액체(50)에 열이 가해지는 위치가 액체(50)의 하부인 것이 바람직하다. 따 라서 본 실시예에서는 액체(50)에 열을 가하는 발광부(20)가 케이스(10)의 하부 1/3 지점에 배치되어 케이스(10) 상부 2/3만큼의 공간에서는 상기 발광체로부터 열을 받은 액체(50)의 대류가 일어날 수 있다.

또한 케이스(10)의 하부 1/3의 공간에서도 액체(50)의 대류가 일어난다. 이때의 대류는 상기 1/3의 공간에서만 이루어지는 것이 아니라, 케이스(10) 상부 2/3의 공간과 연동하여 이루어진다. 이를 위해 상기 발광부(20)에서 상기 기판(23)의 일부만이 상기 체결편(17)에 장착되고 나머지 부분은 도 3에 도시된 바와 같이, 개방되어 있다. 따라서 케이스(10)의 하부 1/3 공간과 상부 2/3 공간의 액체(50)는 케이스(10) 내부 전체 공간에 걸친 대류를 하게 된다.

여기서, 상기 발광부(20)가 위치되는 지점이 반드시 케이스(10) 하부의 1/3 지점으로 한정되는 것은 아니고, 액체의 자연적인 대류가 발생될 수 있고 발광부 전체가 액체에 잠기며 발광부의 광원으로부터 발하는 광력이 외부에서 원하는 정도에 도달할 수 있다면 발광부의 장착 위치는 변경이 가능하다.

한편, 전원공급부(30)는 상기 기판(23)에 장착되어 외부로부터 상기 광원(21)으로 전원을 공급한다. 이를 위해 상기 전원공급부(30)는 도 2에 도시된 바와 같이, 케이스(10)의 측부에 마련된 통공(19)을 통해 케이스(10)를 관통하여 외부의 전원과 연결된다. 이때 상기 케이스(10)의 내부에는 액체(50)가 채워져 있으므로, 상기 통공(19)과 상기 전원공급부(30) 간에는 액체(50)가 새어 나오지 않도록 밀폐되는 것이 바람직하다.

다음으로 본 실시예에 따른 고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치의 작용에 대해 설명한다.

본 실시예에 따른 조명장치에 전원공급부(30)를 통해 전원을 공급하면, 다수개의 파워 LED로 이루어진 광원(21)이 빛을 발하게 된다. 이때 상기 광원(21)은 상기 케이스(10) 하부에 설치된 광투과성 부재(11)를 통하여 하부로 빛을 비추게 된다.

시간이 지남에 따라 상기 발광부(20)에서는 열이 발생하는데, 광원(21)에 의한 열은 광원(21)의 전방뿐만 아니라 후방으로도 발생한다. 따라서 발광부(20)의 전방과 후방에서 발생되는 열을 제어하지 않는다면 발광부(20)의 온도는 2시간 전후로 250℃를 초과할 것이고, 이러한 열에 의해 상기 발광부(20)의 성능과 수명은 오래 지속될 수 없다.

이러한 문제점을 해소하기 위하여 본 실시예에서와 같이 하방을 비추기 위한 구성에서는, 상기 광원(21)을 포함하는 발광부(20)를 케이스(10)의 하부 1/3지점에 장착하고, 상기 발광부(20)의 개방부(23b)를 케이스(10)의 양단을 서로 연통시키며, 상기 케이스(10) 내부에 액체(50)를 채워서 액체(50)의 자연 대류를 이용하는 구조를 채택하였다.

즉, 발광부(20)에서 발생한 열은 발광부(20) 주변에서 액체(50)에 흡수되고 열을 흡수한 액체(50)는 케이스(10)의 길이방향을 따라 대류한다. 이때 열을 흡수한 고온의 액체(50)는 상부로 이동하고 상부에 있는 상대적으로 저온의 액체(50)는 하부로 하강한다. 그리고 상부로 이동한 고온의 액체(50)는 상부에서 식혀진 후 다 시 하강한다.

이러한 대류는 발광부(20)가 장착된 케이스(10)의 하부 1/3 지점을 기준으로 케이스(10) 상부 2/3 공간에서만 이루어지는 것이 아니라, 발광부(20)의 전방인 케이스(10)의 하부 1/3공간에서도 함께 이루어진다. 즉, 하부 1/3 공간에서 발광부(20)에 의해 열을 받은 고온의 액체(50)는 상기 발광부(20)의 기판(23)에 마련된 개방부(23b)를 통하여 케이스(10)의 상부로 이동하여 케이스(10) 내부의 전체적인 대류를 형성하게 된다.

그리고 이러한 액체(50)의 대류 과정에서 케이스(10)의 내측관(13)에서는 액체(50)로부터 열을 흡수하여 외부로 방출한다. 이때 상기 내측관(13)의 외주연에는 주름이 형성된 방열부(13a)가 구비되어 있으므로 주름에 의한 넓은 표면적을 활용하여 액체(50)로부터 받은 열을 보다 용이하게 방출할 수 있게 된다.

또한 상기 내측관(13)에서 방출된 열은 다시 외측관(15)에 흡수되고, 외측관(15) 역시 주름이 형성된 방열부(15a)가 마련되어 있으므로, 내측관(13)으로부터 받은 열을 외기로 신속하게 배출하게 된다.

이상과 같은 작용으로 광원(21)으로부터 발생된 열을 외부로 배출하는 본 실시예에 따른 조명장치를 도 7에 도시된 비교예와 대비하면 다음과 같다.

이때 사용되는 본 실시예의 구체적인 구성은, 직경 6.2㎝의 광원(21) 27W를 직경 7㎝, 높이 20㎝의 원통형으로 이루어진 케이스(10)에 내장하고, 케이스(10) 내부에는 액체(50)로서 물을 600㎖ 채워 넣었다. 이때 케이스(10)의 일측은 도 2에 도시된 바와 같이 직경이 확장되도록 구성되고, 광원(21)은 상기 케이스(10)의 하 방 1/3 지점에 장착하였다.

그리고 상기 비교예에서도 동일하게 광원(21)을 27W로 하여 실험하였다. 또한 상호간의 대비를 위하여 실험은 같은 조건하에서 상온의 밀폐된 공간에서 실시하였다.

실험결과는 시간에 따른 온도변화로서 다음의 [표 1]과 같이 정리하였다.

시간	비교예	본 실시예
30분	55℃	32℃
1시간	75℃	38℃
1시간 30분	120℃	42℃
2시간	173℃	49℃
2시간 30분	265℃	52℃
3시간	광원 소멸	52℃

이상과 같이, 비교예에서는 3시간이 경과하면 광원(21)으로부터 발생되는 열에 의해 광원(21) 자체가 소멸되었다. 그러나 본 실시예에서는 52℃를 정점으로 더 이상 온도가 상승되지 않고 외기에 열평형을 이루어서 안정적으로 광원(21)에서 빛을 발하는 것을 확인할 수 있었다.

이러한 결과는, 본 실시예에서 액체(50)의 대류에 의한 1차 냉각과 케이스(10)를 통한 2차 냉각에 의해 광원(21)에서 방출되는 고온의 열이 효율적으로 제어되고 있음을 알 수 있다. 따라서 장시간 사용이 요구되는 보안등과 가로등 등과 같은 시설물에서 본 실시예에 따른 고광력 광원(21)을 이용한 대류 방열식 조명장치이 안정적인 성능을 발휘할 것으로 예상된다.

아울러, 본 실시예에서는, 상기에서 설명한 바와 같이, 케이스(10)의 내측관(13)과 외측관(15)에는 방열을 위한 방열부(13a, 15a)가 형성되어 있다. 이때 상기 방열부(13a, 15a)는 케이스(10) 내부와 외기의 온도차에 의한 케이스(10)의 팽창과 수축시에 케이스(10)의 파손을 방지하는 역할을 동시에 수행한다. 따라서 본 실시예에 따른 고광력 광원(21)을 이용한 대류 방열식 조명장치가 보안등과 가로등과 같이 외부에 장시간 노출되어 사용된다 하더라도 외기의 변화에 의해 케이스(10)가 파손되어 방열 성능이 저하되는 현상을 방지할 수 있다.

다음으로 본 실시예에 대한 변형예를 설명한다.

도 4는 방열판을 이동할 수 있는 이동수단이 구비된 본 실시예의 변형예를 도시한 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 변형예에서는, 상기 케이스(10)에 상기 발광부(20)를 상기 케이스(10)의 길이방향으로 전후진시킬 수 있는 이동수단이 구비된다. 이때 이동수단은 다양한 구성으로 이루어질 수 있는데, 본 변형예에서는 이동스크류(41)와 너트(43)로 구성된 예를 도시하고 있다.

보다 상세히 설명하면, 상기 이동스크류(41)는 상기 발광부(20)에 장착되어 상기 케이스(10)의 상단으로 연장되고 외주연에 숫나사가 형성된다. 그리고 상기 너트(43)는 상기 케이스(10)의 외부에서 상기 이동스크류(41)에 채워질 수 있도록 상기 이동스크류(41)의 숫나사에 대응하는 암나사가 내주연에 형성되어 있다. 따라서 케이스(10)의 외부에서 상기 너트(43)를 일방향으로 회전시키면 상기 이동스크류(41)는 케이스(10) 외부로 이동하면서 상기 발광부(20)를 후진시킨다. 반대로, 상기 너트(43)를 반대방향으로 회전시키면, 상기 이동스크류(41)는 케이스(10) 내부로 이동하면서 상기 발광부(20)를 전진시킨다.

이러한 작동에 따라 발광부(20)는 케이스(10)의 길이방향을 따라 전후진될 수 있다.

그리고 이때 이동스크류(41)가 케이스(10)를 관통하는 부분에는 케이스(10) 내부의 액체(50)가 유출되지 않도록 밀폐구조가 마련되는 것이 바람직하다.

또한 이러한 경우에는, 전원공급부(30)가 케이스(10)의 측면을 통하여 상기 발광부(20)에 연결될 필요 없이, 상기 이동스크류(41)의 내부를 통해 상기 발광부(20)에 전원을 공급할 수 있다.

이상과 같은 구조를 통해 케이스(10) 내부에서 발광부(20)의 장착 위치가 변경될 수 있으므로, 제1실시예에서와 같이 케이스(10)가 하방을 향하여 빛을 발하는 경우뿐만 아니라, 이하의 실시예에서 설명될 상방을 향하여 빛을 발하도록 케이스(10)를 배치하여 케이스(10)의 상부에 대류공간을 형성할 때에도 이동스크류(41)와 너트(43)를 통해 발광부(20)의 위치를 쉽게 조정할 수 있게 된다.

다음으로 본 발명에 따른 고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치의 제2실시예에 대해 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치의 제2실시예를 도시한 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 조명장치가 측방으로 향하도록 설치되는 경우에 특히 유용하다. 이때 측방이란, 완전한 수평방향을 포함하여 상하로 대략 45°정도 경사진 범위까지를 의미한다.

본 실시예에서는 측방으로의 설치를 위하여 케이스(10) 후방의 대류공간이 상방으로 기울어지게 형성된다. 따라서 발광부(20)에서 발생된 열은 액체(50)에 흡수되고 열을 흡수한 액체(50)는 케이스(10) 후방의 기울어진 공간에서 자연적인 대류를 하게 된다.

이러한 대류를 통하여 수평방향으로 케이스(10)가 설치되더라도 제1실시예에서와 거의 동일한 열평형을 이룰 수 있게 된다.

그 외의 다른 구성은 제1실시예에서와 동일하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

다음으로 본 발명에 따른 고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치의 제3실시예에 대해 설명한다.

도 6은 본 발명에 따른 고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치의 제3실시예를 도시한 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 조명장치가 상방을 향하도록 설치되는 경우에 특히 유용하다. 이때 상방이란, 완전히 수직한 방향을 포함하여 좌우로 대략 45°정도 경사진 범위까지를 의미한다.

본 실시예에서는 상방으로의 설치를 위하여 발광부(20)는 케이스(10)의 하방 1/3 지점에 장착된다. 이는 발광부(20)가 케이스(10) 전방의 광투과성 부재(11)로부터는 멀어지게 되지만, 발광부(20)의 전방에서 액체(50)의 대류를 위한 공간이 확보되어 보다 안정적인 방열이 이루어지게 하기 위함이다.

이러한 대류를 통하여 상방으로 케이스(10)가 설치되더라도 제1실시예에서와 거의 동일한 열평형을 이룰 수 있게 된다.

그 외의 다른 구성은 제1실시예에서와 동일하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

도 1은 본 발명에 따른 고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치의 제1실시예를 도시한 사시도,

도 2는 도 1의 단면도,

도 3은 도 2의 A-A'선에 따른 단면도,

도 4는 방열판을 이동할 수 있는 이동수단이 구비된 본 실시예의 변형예를 도시한 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치의 제2실시예를 도시한 단면도,

도 6은 본 발명에 따른 고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치의 제3실시예를 도시한 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

10 : 케이스 11 : 광투과성 부재

13 : 내측관 15 : 외측관

20 : 발광부 21 : 광원

23 : 기판 30 : 전원공급부

41 : 이동스크류 43 : 너트

50 : 액체

Claims (7)

1. 내부에 물이 채워지고 일측에 광투과성 부재가 장착되는 케이스;

   상기 광투과성 부재를 향하여 배치되는 광원과 상기 광원이 장착되는 기판을 포함하고, 상기 광원과 기판이 물에 완전히 잠겨진 상태에서, 상기 광원과 기판의 주위로 물이 순환되며 상기 광원과 기판으로부터 열을 흡수하여 상기 케이스 내의 상기 광원과 기판의 상부에서 자연 대류를 일으켜 상기 열을 상기 케이스로 전달하도록 상기 케이스 내에서 상기 케이스의 일측 및 타측에 이격되게 장착되고 상기 케이스의 일측과 타측이 서로 관통되는 개방부를 구비하는 발광부; 및

   상기 기판에 장착되어 외부로부터 상기 광원으로 전원을 공급하는 전원공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 발광부는, 상기 케이스의 광투과성 부재가 하방을 향하도록 배치된 경우에는, 상기 광투과성 부재로부터 상기 케이스의 길이의 1/3 지점에 장착되는 것을 특징으로 하는 고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 발광부는, 상기 케이스의 광투과성 부재가 측방을 향하도록 배치된 경우에는, 상기 광투과성 부재로부터 상기 케이스의 길이의 1/3 지점에 장착되고,

   상기 케이스는, 상기 발광부의 후방에서 물의 대류가 활발히 이루어질 수 있도록 상방으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 발광부는, 상기 케이스의 광투과성 부재가 상방을 향하도록 배치된 경우에는, 상기 광투과성 부재로부터 상기 케이스의 길이의 2/3 지점에 장착되는 것을 특징으로 하는 고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 케이스는 서로 이격된 내측관과 외측관으로 구성되고, 상기 내측관과 외측관 중 하나 이상은, 케이스 내부와 외기와의 온도차에 의한 수축 및 팽창과, 상기 케이스 내부의 온도의 방열을 위하여 주름진 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 케이스에는 상기 발광부를 상기 케이스의 길이방향으로 전후진시킬 수 있는 이동수단이 구비되고,

   상기 전원공급부는 상기 이동수단을 통하여 상기 발광부에 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 이동수단은, 상기 발광부에 장착되어 상기 케이스가 설치된 상태의 상단으로 연장되는 숫나사가 형성된 이동스크류와, 상기 케이스의 외면에서 회전을 통해 상기 이동스크류를 전후진시켜 상기 발광부를 이동되게 하는 암나사가 형성된 너트를 포함하고,

   상기 전원공급부는 상기 이동스크류의 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 고광력 광원을 이용한 대류 방열식 조명장치.

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