KR100955196B1 - 증발잠열을 이용한 엘이디 조명등의 냉각시스템 - Google Patents

증발잠열을 이용한 엘이디 조명등의 냉각시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LED 조명등의 비점등시에 공기중의 수분을 제습제로 흡수하여, 점등시에 LED 조명에서 발생하는 열에 의해서 흡수된 수분이 증발할 때 발생하는 증발잠열을 이용하여 조명등 내부에서 발생 된 열을 냉각시키는 증발잠열을 이용한 LED 조명등의 냉각시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 증발잠열을 이용한 LED 조명등의 냉각시스템은, LED 모듈, 열 쉬트(thermal sheet), 히트 파이프, 방열판 및 제습쉬트을 포함하여 구성되며, 상기 LED 모듈은 PCB 기판과; 기판에 설치된 다수 개의 LED 소자를 포함하고 있으며, 상기 열 쉬트는 LED 모듈 상면에 설치되며, "└┘" 형상인 상기 히트파이프는 단면이 원형으로 열 쉬트 상면에 위치한 연결부에 고정 결합되어 그 수평부는 열 쉬트 상면에 접촉되고, 수직부는 상기 연결부에 돌출되도록 설치되며, 상기 히트 파이프에 끼워져서 적층되어 설치되는 방열판의 상면에 제습제가 위치하는 것을 구성적 특징으로 한다.
증발잠열, 냉각시스템, LED 모듈, 열 쉬트, 히트 파이프, 방열판, 제습쉬트

Description

증발잠열을 이용한 엘이디 조명등의 냉각시스템{COOLING SYSTEM OF LED LIGHT USING HEAT OF VAPORIZATION}
본 발명은 증발잠열을 이용한 LED 조명등의 냉각시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, LED 조명등의 비점등시에 공기중의 수분을 제습제로 흡수하여, 점등시에 LED 조명에서 발생하는 열에 의해서 흡수된 수분이 증발할 때 발생하는 증발잠열을 이용하여 조명등 내부에서 발생 된 열을 냉각시키는 방식의 증발잠열을 이용한 LED 조명등의 냉각시스템에 관한 것이다.
일반적으로 조명등은 전기에너지를 빛에너지로 변환하여 야간에 실내나 실외에서 물체를 식별할 수 있도록 광을 제공하거나 물체를 조사하기 위해 사용되며, 최근에는 실내 장식이나 다양한 색 연출을 위하여 조명을 이용하는데, 대체로 백열등, 형광등, 할로겐등, 메탈할라이드등, 수은등, 나트륨등을 사용한다.
그러나, 백열등은 가격은 저렴하나 수명이 짧고, 발광효율이 떨어지며, 휘도 가 높아 눈부심을 일으키고, 많은 열이 발생하며, 형광등은 백열 전구보다 에너지 효율이 높아 전력소비는 적으나, 점등대기 시간이 길고, 수명이 짧다. 또한 나트륨등, 수은등, 메탈하라이드등은 전력소비가 크며, 눈부심을 일으킬 수 있으며, 수명 또한 길지 못한 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점 때문에 최근에는 수명이 반 영구적이고, 소비전력이 적으면서 고효율의 조도를 얻을 수 있는 LED(lighting emitting diode)를 이용한 조명등이 개발되고 있으며, 다양한 용도로 널리 사용되고 있다.
LED 조명은 빠른 처리속도와 낮은 전력소모 등의 장점을 가지며, 친환경적이고 에너지 효율이 높아서 이용도가 점차 늘어가는 추세이다. 또한, LED를 이용한 조명등은 일반 조명등에 비해 60∼80%의 전력이 절감되며 50,000 시간 이상의 반영구적인 수명을 가지며 눈부심이 발생하지 않기 때문에 조명등으로 각광을 받고 있다.
그러나, 이와 같은 LED 조명등은 인쇄회로기판에 여러개의 LED를 실장하여 사용하기 때문에 발열량이 크므로, 일정 시간 사용시에 내부에서 발생되는 열을 원활하게 배출시키거나 제거시키지 못하면 효율이 저하되고, 장시간 계속 사용시에는 수명이 단축되는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 출현한 기술 중 하나가 실용신안등록 제336197호 인데, 상기 실용신안은 엘이드의 점등시 발생되는 열을 강제로 순환 및 배출시키기 위해 별도로 소형의 냉각팬을 설치하여 작동시켜서 엘이드 조명을 냉각시키는 방법이다. 상기 방법은 기계적 냉각 요소인 팬을 사용하므로 구성이 복잡하고, 제조 원가가 상승되며, 고장이 생기기 쉽고, 시스템의 부피가 커지며, 또한 냉각팬의 작동으로 인하여 부가적인 열이 발생되는 문제점이 있다.
또한, 공기를 매질로 이용한 자연 냉각방법이 특허 등록 제822032호 인데, 도 1을 참조하여, 자연 냉각식 엘이드 조명등에 대하여 설명하면, 전원이 인가되어 LED(1)가 점등되면, 전등갓(2) 내부의 LED 전등부(3)에 빛이 발생하여 상기 LED 전등부(3)가 점차 가열되면 자연 대류관(4)이 가열되고, 그에 의해서 자연 대류관(4)의 내부 공기가 가열된다. 그 후 상기 자연 대류관 내부의 가열된 공기는 상승되면서 전등소켓(5)으로 유입된 후 배기공(6)을 통해서 플러그 본체(7)로 유입되고, 상기 플러그 본체(7)에서 전원 접점부(8)의 통공(9)과 통기공(10)을 통해서 조명등 외부로 배출된다.
상기와 같이 자연 대류관(4)의 내부에 있는 가열된 공기는 상승하여 통기공(10)을 통해서 외부로 배출되면 자연 대류관(4)의 하단으로 외부의 차가운 공기가 상기 대류관으로 유입되는 일련의 공기의 대류현상이 이루어지면서 엘이드 전등부(3)의 열을 냉각시키는 방식이다. 상기의 방법은 냉각을 위해서 공기를 매체로 사용하므로 유지, 보수 비용은 절감은 되나 날씨 및 기후 변화에 따른 열 배출의 한계가 있어서, 냉각 효율이 낮다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, LED 조명등을 점등하여 일정 시간 사용시 내부에서 발생되는 열을 원할하게 배출하여 제거시켜 LED 조명등의 효율을 향상시키고 수명을 연장시키며, 또한 다른 기계적 냉각 요소를 사용하지 않아 유지 및 보수 비용이 절감되며, 시스템의 부피를 작게 할 수 있어 구성이 단순하여 제조 비용을 줄일 수 있으며, 날씨 및 기후 변화에 따른 열 배출의 한계가 없으며, 별도의 에너지원이 필요 없어 친환경적이며, 냉각 효율이 높은 증발잠열을 이용한 LED 조명등의 냉각 시스템을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 과제 해결을 위하여 본 발명에 따른 증발잠열을 이용한 LED 조명등의 냉각 시스템은, PCB 기판에 LED 소자가 실장된 LED 모듈; 상기 LED 모듈의 상면에 설치되는 열 쉬트; 상기 열 쉬트 상면에 설치되는 연결부; "└┘" 형상이며, 수평부가 상기 열쉬트에 접촉되고, 수직부가 상기 연결부에 돌출되도록 설치되는 복수의 히트 파이프; 상기 각 히트 파이프의 수직부에 끼워지고 적층되어 설치되는 방열판; 상기 적층된 각 방열판의 상면에 배치되는 제습쉬트 로 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제습쉬트는, 상기 복수의 히트 파이프의 수직부 내부와 외부에 각각 분리되어 배치되며, 공기 중의 수분을 흡수하는 제습제, 상기 제습제를 보호하기 위한 필터, 상기 제습제와 필터를 수용하는 케이스로 구성된다.
이상에서 설명한 것과 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 증발잠열을 이용한 LED 조명등의 냉각 시스템은, LED 조명등이 점등시 발생하는 열이 열 쉬트, 복수의 히트 파이프, 방열판을 통해서 제습쉬트 내의 제습제를 가열함으로써 비점등시 제습제가 흡수했던 수분이 증발하여 주위의 열을 빼앗아 온도를 하강시키는 자연적인 증발잠열을 활용하여 냉각시키므로, 별도의 기계적 냉각 요소가 불필요하여 유지·보수 비용이 절감되며, 시스템의 부피를 작게 할 수 있고 구성이 단순하여 제조 비용이 절감되며, 재생 가능한 제습제를 사용하므로 반영구적으로 사용할 수 있으며, 시스템을 작동시에 별도의 에너지원이 필요없어 친환경적이며, 날씨와 기후 변화에 따른 열 배출의 한계를 극복할 수 있어 매우 효율적이고 경제적인 냉각시스템이다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 증발잠열을 이용한 조명등의 냉각시스템의 실시예에 대해서 설명한다.
본 발명에 따른 증발잠열을 이용한 LED 조명등의 냉각시스템은, LED 모 듈(20), 열 쉬트(30, thermal sheet), 복수의 히트파이프(40,heat pipe), 연결부(50), 방열판(60,heat sink), 제습쉬트(70)를 포함하여 구성된다.
상기 LED 모듈(20)에는 다수의 LED 소자(20a)가 PCB 기판(20b)에 실장되어 있으며, 상기 LED 소자(20a) 점등시에 발생하는 열을 히트파이프(40)에 전달하는 열 쉬트(30)는 상기 LED 모듈(20) 상면에, 즉 PCB 기판(20b) 위에 부착 설치된다. 상기 열 쉬트(30)는, 기판(20b)의 면이 완전하게 평탄하지 않으므로 히트파이프(40)를 직접 PCB 기판(20b) 상면에 설치하면 접촉면적이 작아 열전달의 효율성이 떨어지므로 히트파이프(40)와 접촉면적을 크게하기 위해서 열전달 중간 매체로써 기판에 설치하는 것이다. 또한 상기 PCB 기판(20b)은 LED 소자(20a)를 지지하며 각 LED 소자(20a)에 전류를 공급하기 위한 회로(미도시)가 형성되어 있다.
또한, 열 쉬트(30) 상면에 설치되는 연결부(50)에 고정 결합 되어 설치되는 히트파이프(40)는 "└┘" 형태의 단면이 원형이며, 그 하부의 수평부(40a)가 열 쉬트(30)에 접촉되고, 수직부(40b)는 연결부(50)에 돌출되도록 설치되며, LED 모듈(20)의 폭방향으로 균등한 간격으로 배치된다. 히트파이프(40)는 LED 모듈(20)에서 발생한 열을 열 쉬트(30)를 통해 전달받아, 복수의 히트파이프(40)의 수직부(40b)에 끼워지고 적층되어 설치된 방열판(60)으로 열을 전도(傳導)시키는 것으로, 열 효율 향상을 위해 설치한다.
상기 제습쉬트(70)는, 복수의 히트파이프의 수직부(40b) 내부와 외부에 각각 분리되어, 적층된 각 방열판(60)의 상면에 배치되며, 상부에 필터(70c)가 장착된 케이스(70a)와 제습제(70b)로 구성되고, 상기 제습제(70b)는 케이스(70a)내에 수용된다. 상기 제습제(70b)는 공기 중의 수분을 흡수하는 기능을 하며, 상기 필터(70c)는 제습제(70b)를 먼지 등의 이물질로부터 보호해주는 역할을 하여 제습제를 장기간 사용할 수 있게 한다. 상기 케이스(70a)는 구리 등과 같은 열 전도율이 높은 재질로 제작하는 것이 바람직하다. 또한, 방열판(60)이 수평으로 위치하지 않고 경사지게 위치할 때에는 상기 케이스(70a)내의 제습제(액)가 유출되지않도록 별도의 흡수매체에 제습제(액)를 흡수시켜 케이스내에 배치한다.
상기와 같이 구성된 냉각시스템을 상세히 설명하면 다음과 같다.
LED 소자(20a)가 비점등시에는 제습제(70b)가 공기중의 수분을 흡수하며, LED가 점등시에는 LED 소자에서 열이 발생되므로 LED 모듈(20) 또한 열이 발생되어 열 쉬트(30)에 상기 발생된 열이 전달되고 열 쉬트의 열은 연결부(50)에 고정되게 설치되어 있는 복수의 히트파이프(40)를 거쳐서 방열판(60)으로 열이 전도된다.
이후 상기 방열판(60)에서 방출되는 열이 제습쉬트(70)에 전달되면 상기 제습쉬트의 케이스(70a)내에 수용된 수분을 함유하고 있는 제습제(70b)가 열을 받게 되어, 상기 제습제(70b)내의 수분이 증발하면서 주위의 열을 빼앗아 온도를 하강시키는 증발잠열을 이용하여 LED 모듈을 냉각시키는 것이다. 또한 제습제로는 수분이 증발되면서 재생되어 재사용이 가능한, 예컨대 염화리튬(LiCl) 등과 같은 물질로 이루어진 것을 사용하는 것이 바람직하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 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 사상 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 LED 조명등 냉각시스템의 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 LED 조명등 냉각시스템의 조립도이다.
도 3은 본 발명에 따른 LED 조명등 냉각시스템의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 LED 조명등 냉각시스템의 종단면도이다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
20. LED 모듈 20a. LED 소자
20b. PCB 기판 30. 열 쉬트
40. 히트파이프 40a. 히트파이프 수평부
40b. 히트파이프 수직부 50. 연결부
60. 방열판 70. 제습쉬트
70a. 케이스 70b. 제습제(액)
70c. 필터

Claims (5)

  1. PCB 기판에 LED 소자가 실장된 LED 모듈을 조명등으로 사용하는 LED 조명등의 냉각 시스템에 있어서, 상기 냉각 시스템은,
    상기 LED 모듈의 상면에 설치되는 열 쉬트;
    상기 열 쉬트 상면에 설치되는 연결부;
    "└┘" 형상이며, 수평부가 상기 열쉬트에 접촉되고, 수직부가 상기 연결부에 돌출되도록 설치되는 복수의 히트파이프;
    상기 각 히트파이프의 수직부에 끼워지고 적층되어 설치되는 방열판;
    상기 적층된 각 방열판의 상면에 배치되는 제습쉬트;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 증발잠열을 이용한 LED 조명등의 냉각시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제습쉬트는,
    공기 중의 수분을 흡수하는 제습제;
    상기 제습제를 보호하기 위한 필터;
    상기 제습제와 필터를 수용하는 케이스;
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 증발잠열을 이용한 LED 조명등의 냉각시스 템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제습제는 염화리튬(LiCl)인 것을 특징으로 하는 증발잠열을 이용한 LED 조명등의 냉각시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 히트파이프는, 상기 LED 모듈의 폭방향으로 균등한 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 증발잠열을 이용한 LED 조명등의 냉각시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제습쉬트는, 상기 복수의 히트파이프의 수직부 내부와 외부에 각각 분리되어 배치되는 것을 특징으로 하는 증발잠열을 이용한 LED 조명등의 냉각시스템.
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