KR100946966B1 - 엘이디 가로등의 잠열을 이용한 방열판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광원으로 엘이디를 사용하는 가로등을 점등시켰을 때 엘이디 소자로부터 발생하는 고온의 열을 신속하고 효율적으로 방열시킬 수 있도록 방열판에 상변화물질(PCM)을 이용하는 엘이디 가로등의 잠열을 이용한 방열판에 관한 것이다.
본 발명에 따른 엘이디 가로등의 잠열을 이용한 방열판은, 상부에는 등간격으로 다수의 방열핀이 돌출 형성되고, 하부에는 PCB 기판에 다수의 엘이디 소자가 실장된 엘이디 모듈이 부착된 하판; 상부에는 등간격으로 다수의 방열핀이 돌출 형성되어 있으며, 상기 하판 상부에 위치하게 되는 상판; 상기 상판과 하판 사이에 충전되어 액상(液狀)에서 고상(固相), 또는 고상에서 액상으로 변하면서 열에너지를 흡수 또는 방출하는 상변화물질(PCM)을 구비하여 구성되고, 상기 상판과 하판의 상부에 돌출 형성된 방열핀은, 방열판의 길이방향을 따라 형성되어 있는 것을 구성적 특징으로 한다.
가로등, 엘이디, 방열판, 상변화물질(PCM), 잠열

Description

엘이디 가로등의 잠열을 이용한 방열판{Radiant plate using latent heat for street light of LED}
본 발명은 엘이디 가로등의 잠열을 이용한 방열판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 광원으로 엘이디를 사용하는 가로등을 점등시켰을 때 엘이디 소자로부터 발생하는 고온의 열을 신속하고 효율적으로 방열시킬 수 있도록 방열판에 상변화물질(Phase Change Material; PCM)을 이용하는 엘이디 가로등의 잠열을 이용한 방열판에 관한 것이다.
가로등은 가로(街路) 교통의 안전과 보안을 위하여 가로를 따라서 설치한 조명시설로서, 고속도로, 시가지의 주요도로, 상업지구 도로, 주택지구 도로, 공원 등 설치장소에 따라 다양한 종류의 가로등이 설치되어 있으며, 광원(光源)으로는 고압수은등, 형광등, 나트륨등, 메탈할라이트(Metal Halide) 램프 등이 사용되고 있었으나, 최근 들어 세계적인 에너지 절약 추세에 따라, 가정이나 사무실에서 지금까지 사용되고 있었던 조명등은 물론 가로등에도 전력소모를 획기적으로 줄이면 서도 조명효과를 극대화시킬 수 있는 엘이디를 사용한 조명등과 가로등으로 교체되고 있는 것이 대세이다.
그러나 엘이디는 전력을 빛으로 변환시키는 효율이 좋은 반면, 그 발광부위가 반도체 소자로 이루어져 있으므로 필라멘트를 사용하는 백열등이나 음극선을 이용한 형광등 또는 형광램프 등의 발광소자에 비해 상대적으로 열에 취약하다는 단점이 있다. 다시 말해서, 엘이디는 장시간 사용시 그 발광소자로부터 발생되는 자체열에 의한 열적 스트레스로 인하여 반도체 소자가 쉽게 열화(degradation)되어 그 성능이 떨어지게 된다. 따라서, 엘이디에 대용량의 전류를 흘려 보내주기 위해서는 그로부터 발생되는 열을 효과적으로 방출하기 위한 방열구조가 대단히 중요한 요소가 된다.
최근 경쟁적으로 개발하고 있는 엘이디를 이용한 가로등은, 조도를 높이기 위하여는 엘이디 소자의 광출력을 높여야 하기 때문에 기존의 엘이디 조명등이나 가로등에서 주류를 이루고 있는 20∼90㎃ 구동에서 탈피하여 수백㎃의 높은 전류로 구동시키고 있어서 방열이 심각한 문제로 대두되고 있다.
엘이디를 사용한 가로등에서 발생하는 열을 효과적으로 방출시키기 위하여 출현한 기술 중의 하나가 특허등록 제862540호 "가로등용 엘이디 램프"인데, 도 1을 참조하여 간략히 설명하면, 방열기(1)는, 엘이디모듈에 결합되는 반원기둥 형상 의 제1방열부(2)와, 일측이 밀폐된 원기둥 형상의 제2방열부(3)로 구성되는데, 제2방열부(3)는 밀폐된 측으로는 제1방열부(2)에 결합되고, 타측(밀폐된 측의 반대측)으로는 소켓부가 결합된다. 엘이디모듈이 결합되는 제1방열부(2)의 평판부에는 엘이디 소자에서 발생되는 열을 방출시키기 위하여 다수의 방열구멍(4)이 형성되고, 반원기둥의 구면부에는 일측 단부(端部)가 개방되고 내부와 외부로 다수의 방열핀이 형성되며, 방열효과를 높이기 위하여 구면부에는 길이방향으로 3∼5개의 슬릿이 형성되어 있다. 또한 제2방열부(3)는 일측이 밀폐된 원기둥 형상이고, 원기둥의 외주면으로는 다수의 방열핀이 형성되어 있다.
그러나 상기와 같은 자연냉각식 방열핀으로는 엘이디 소자에서 발생하는 열을 신속하고 효율적으로 방출시킬 수 없어서, 결국 엘이디 소자가 열화되어 엘이디의 수명이 단축되고, 전력소비가 많아지며, 발광효율 저하의 직접적인 원인이 되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 광원으로 엘이디를 사용하는 가로등의 방열판을 상판과 하판으로 분리하고, 그 사이에 상변화물질(Phase Change Material; PCM)을 충전시킴으로써 엘이디 소자로부터 발생하는 고온의 열을 신속하고 효율적으로 방열시킬 수 있는 엘이디 가로등의 잠열을 이용한 방열판을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 과제 해결을 위하여 본 발명에 따른 엘이디 가로등의 잠열을 이용한 방열판은, 상부에는 등간격으로 다수의 방열핀이 돌출 형성되고, 하부에는 PCB 기판에 다수의 엘이디 소자가 실장된 엘이디 모듈이 부착된 하판; 상부에는 등간격으로 다수의 방열핀이 돌출 형성되어 있으며, 상기 하판 상부에 위치하게 되는 상판; 상기 상판과 하판 사이에 충전되어 액상(液狀)에서 고상(固相), 또는 고상에서 액상으로 변하면서 열에너지를 흡수 또는 방출하는 상변화물질(PCM)을 구비하여 구성되고, 상기 상판과 하판의 상부에 돌출 형성된 방열핀은, 방열판의 길이방향을 따라 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 방열핀은 상판에 형성된 방열핀의 돌출 위치는 하판에 형성된 방열핀이 돌출된 위치의 사이사이에 배치된다.
바람직하게는, 방열판의 단면(斷面)은 평평하거나, 폭방향에서 중심부가 양단(兩端)보다 높은 ∧형상이다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 엘이디 가로등의 잠열을 이용한 방열판은, 광원으로 엘이디를 사용하는 가로등의 방열판을 상판과 하판으로 분리하고 그 사이에 상변화물질(PCM)을 충전시킴으로써, 엘이디모듈에서 발생한 열이 하판을 통해 1차 방열이 되면, 상변화물질(PCM)은 냉각된 고체상태로 있다가 하판에서 방열되는 열을 신속히 흡수하여 액체상태로 되면서, 그때 흡수한 열을 상판에 빠르게 전달하여 상판에서 외부로 2차 방열을 하게 되므로, 엘이디 소자로부터 발생하는 고온의 열을 신속하고 효율적으로 방열시켜 엘이디 소자를 항시 일정 이상의 온도를 넘지 않도록 함으로써 엘이디 소자의 높은 광효율과 긴 수명을 유지할 수 있다.
도 2 내지 4를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 엘이디 가로등의 잠열을 이용한 방열판(10)은 방열판을 이루는 구성요소가 분리되어 있다는 것이 가장 큰 특징인데, 방열판(10)은 하판(11)과 상판(12) 및 그 사이에 충전되는 상변화물질(PCM)(13)로 구성된다.
하판(11)은, 상부에 등간격으로 다수의 방열핀(14)이 방열판(10)의 길이방향 을 따라 길게 돌출 형성되고, 하부에는 PCB 기판(21)에 다수의 엘이디 소자(22)가 실장된 엘이디 모듈(20)이 부착되어 구성된다. 하판(11)의 상부에 형성된 방열핀(14)은 엘이디 모듈(20)에서 발생한 열을 흡수하는 기능도 하지만, 방열핀(14)과 방열핀(14) 사이의 공간에 충전된 상변화물질(PCM)(13)을 담는 용기로서의 기능도 하게 된다. 즉 다수 열(列)로 돌출 형성된 방열핀(14)은, 방열핀(14) 사이사이가 하나의 용기가 되어 충전된 상변화물질(PCM)(13)이 어느 한쪽으로 쏠리지 않도록 하는 기능도 한다.
상판(12)은, 상기 하판(11)의 상부에 위치하게 되고, 상부에 등간격으로 다수의 방열핀(14')이 방열판(10)의 길이방향을 따라 길게 돌출 형성되어 있으며, 다수의 방열핀(14')은 상판(12)의 표면적을 넓혀 방열면적을 넓혀주는 역할을 하게 된다.
상판(12)의 상부에 다수의 열(列)로 돌출 형성된 방열핀(14')의 돌출 위치는 하판(11)에 형성된 방열핀(14)이 돌출된 위치의 사이사이에 배치―하판의 상부에 형성된 방열핀(14)과 방열핀(14) 사이의 공간에 충전된 상변화물질(PCM)(13)의 중간위치에 배치―되도록 하는 것이 바람직한데, 이와 같이 배치함으로써 방열핀(14')이 상변화물질(PCM)(13)로부터 열을 신속하게 흡수할 수 있게 된다.
상변화물질(Phase Change Material; PCM)은 하판(11)과 상판(12) 사이에 충 전되는 물질인데, 상변화물질(PCM)은 '잠열저장물질' 또는 '잠열축열물질'로 호칭될 수 있는 물질이며, 열을 흡수하면 액체상태가 되었다가 냉각되면 고체상태가 되는 물질로, 일정한 온도범위에서 열을 흡수하고 방출함에 따라 고상(固相)에서 액상(液相)으로 또는 액상에서 고상으로 변화하며 열에너지를 흡수 또는 방출하는 물질이다.
이와 같이 구성된 방열판(10)은, 엘이디 소자(22)에서 발생한 열이 하판(11)을 통해 1차로 열이 흡수되고, 하판(11)에 흡수된 열을 상변화물질(PCM)(13)이 흡수한 후에, 상판(12)이 상변화물질(PCM)(13)로부터 열을 흡수하여 외부로 방열시키게 되므로 신속하고 효율적으로 방열시키게 된다. 상변화물질(PCM)(13)의 양은 엘이디 소자의 숫자에 따라 차이가 있으나 일반적인 가로등용으로는 1.6∼1.8㎏ 정도를 충전시킴으로써 발열하는 엘이디 소자(22)의 온도를 60℃ 이하로 유지시켜 높은 광효율과 긴 수명을 유지할 수 있도록 해준다.
방열판(10)은 가로등에 사용된 엘이디 모듈(20)의 형상에 따라 다르지만 방열판(10)의 단면(斷面)은, 폭방향에서 중심부가 양단(兩端)보다 높은 ∧형상으로 하는 것이 바람직한데, 도면에 도시하지는 않았지만 단면을 평평한 판형상으로 하더라도 상관없다.
방열판의 상판(12)과 하판(11)의 재질은 열전도율이 좋은 금속을 사용해야 하는데, 열전도 특성과 비용을 고려한다면 알루미늄 계열의 금속을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 종래의 엘이디 가로등의 방열판을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 엘이디 가로등의 방열판의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 엘이디 가로등의 방열판을 분해한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 엘이디 가로등의 방열판을 결합한 단면도이다.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
10 : 방열판 11 : 하판
12 : 상판 13 : 상변화물질(PCM)
14, 14' : 방열핀
20 : 엘이디모듈 21 : PCB 기판
22 : 엘이디 소자

Claims (6)

  1. 엘이디 가로등의 잠열을 이용한 방열판에 있어서,
    상기 방열판은,
    상부에는 등간격으로 다수의 방열핀이 돌출 형성되고, 하부에는 PCB 기판에 다수의 엘이디 소자가 실장된 엘이디 모듈이 부착된 하판;
    상부에는 등간격으로 다수의 방열핀이 돌출 형성되어 있으며, 상기 하판 상부에 위치하게 되는 상판;
    상기 상판과 하판 사이에 충전되어 액상(液狀)에서 고상(固相), 또는 고상에서 액상으로 변하면서 열에너지를 흡수 또는 방출하는 상변화물질(PCM);
    을 구비하여 구성되고, 상기 상판과 하판의 상부에 돌출 형성된 방열핀은, 방열판의 길이방향을 따라 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 엘이디 가로등의 잠열을 이용한 방열판.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상판에 형성된 방열핀의 돌출 위치는, 상기 하판에 형성된 방열핀이 돌출된 위치의 사이사이에 배치되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 엘이디 가로등의 잠열을 이용한 방열판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 방열판의 단면(斷面)은 평평한 것을 특징으로 하는 엘이디 가로등의 잠열을 이용한 방열판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방열판의 단면(斷面)은, 폭방향에서 중심부가 양단(兩端)보다 높은 ∧형상인 것을 특징으로 하는 엘이디 가로등의 잠열을 이용한 방열판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방열판의 상판과 하판의 재질은 알루미늄인 것을 특징으로 하는 엘이디 가로등의 잠열을 이용한 방열판.
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