KR101048454B1 - 히트파이프를 이용한 ｌｅｄ조명용 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고열을 발생하는 고휘도 LED조명모듈에 장착되어 발생되는 열을 유도하여 방출하는 냉각장치에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 상기 LED조명모듈에 장착되어 LED조명모듈에서 발생되는 고열을 유도하는 히트파이프와, 상기 LED조명모듈의 고열로 히트파이프의 작동유체가 기화하면 이를 액상으로 전환되기까지의 시간을 단축하기 위해 상기 히트파이프의 외관에 다수개 삽입되어 히트파이프에 유도된 열을 방열하는 방열핀을 포함한다.

이와 같은 본 발명은 고휘도 LED조명모듈에서 발생하는 열을 효과적으로 방출하는 특징이 있다.

LED, 고휘도, 냉각장치, 조명, 히트파이프

Description

히트파이프를 이용한 ＬＥＤ조명용 냉각장치{COOLING APPARUTUS}

본 발명은 히트파이프를 이용한 LED조명용 냉각장치에 관한 것이다.

LED는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기적인 신호를 적외선 또는 빛으로 변화하여 신호를 보내고 받는데 사용되는 반도체 소자이다. 현재는 가전제품, 리모컨, 전광판, 각종 기기 등에 사용되는데, 다른 발광체에 비해 수명이 길며, 낮은 전압을 사용하는 동시에 소비전력이 적은 장점이 존재한다. 또한 응답속도 및 내 충격성이 우수하다는 장점과 동시에 소 경향화가 가능하다는 장점도 가지고 있다.

이러한 LED는 재료(반도체) 종류와 구성물질에 따라 다른 파장의 빛을 조절할 수 있어, 각기 다른 파장의 빛에 따라 신규시장을 창출할 수 있는 기회가 존재한다. 과거에는 주로 녹색, 황색, 적색의 LED를 중심으로 개발 및 제작되었으며, 생산기술의 발달로 소자의 구조를 개선함으로써 밝기가 향상되어 자동차, 메시지 사인, 교통표시기 등에 본격적으로 사용되기 시작하였다.

그러나 빛의 삼원색이라 할 수 있는 녹색(Green), 적색(Red), 청색(Blue) 중 청색 LED의 개발은 기술적 한계로 인해 미진하였다. 따라서 이러한 청색 LED의 부 족은 제조상의 어려움으로 이어져 현재와 같은 총 천연색(Full color)의 구성이 불가능하였다. 그런데 1990년대 중반 일본의 니치아 화학회사가 고휘도의 청색 LED를 개발·생산함으로써 자연스러운 총 천연색의 표시가 가능하게 되었다. 즉 청색 LED가 적색 및 녹색 LED와 결합하면 모든 발광 다이오드, 반도체 발광소자(light emitting diode)색상을 표시할 수 있어, 긴수명, 고휘도 및 고시각의 특성을 지니는 디스플레이, 교통신호, 전광판 등의 부품으로 이용함으로써 각광을 받고 있다.

또한 빛의 삼원색이라고 할 수 있는 적색, 녹색, 청색의 광원을 조합하면 백색(White)의 광원을 만들 수 있으며, 이러한 광원들의 조합에 따라 색을 다향하게 변화시킬 수 있어 새로운 조명창치로의 응용까지 넓어지고 있다. 더욱이 고휘도의 청색 LED를 단독으로 이용한 백색LED 제조의 성공은 고휘도 LED를 조명등에 사용할 수 있게 하였다.

그러나 상기 고휘도 LED 조명등은 고열이 발생하는 문제점이 있다. 발생된 고열을 배출하기위하여 공냉식 방열핀이 설치되지만 냉각효율이 낮아 고휘도 LED 조명등을 충분히 냉각시킬수 없다. 따라서, 공냉식 방열핀을 설치하는 것보다 냉각효율이 높은 히트파이프가 설치된 고휘도 LED 조명등 냉각장치가 개발되었으나 방열핀의 구조상의 문제로 냉각효율이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 히트파이프를 이용한 LED조명용 냉각장치에서 사용되는 방열핀의 구조를 개선, 히트파이프의 축선 방향으로 냉각공기의 유동 통로를 확보하여 고휘도 LED조명모듈에서 발생되는 열을 효과적으로 방출하는데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 고열을 발생하는 고휘도 LED조명모듈에 장착되어 발생되는 열을 유도하여 방출하는 냉각장치에 있어서, 상기 LED조명모듈에 장착되어 LED조명모듈에서 발생되는 고열을 유도하는 히트파이프와; 상기 LED조명모듈의 고열로 히트파이프의 작동유체가 기화하면 이를 액상으로 전환되기까지의 시간을 단축하기 위해 상기 히트파이프의 외관에 다수개 삽입되어 히트파이프에 유도된 열을 방열하는 방열핀;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 LED조명용 냉각장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 히트파이프의 중간부위는 LED조명모듈에 밀착되게 하고 양측은 LED조명모듈로부터 상향 되게 하며, 상기 방열핀은 방열판과, 상기 방열판의 모서리 부분에 형성되는 각핀부와, 상기 방열핀의 양측에 형성되는 사이드핀부와, 상기 방열핀의 내측에 형성되는 내측핀부 및 관통공이 형성된 버링부로 구성하여, 상기 방열핀을 상향 되게 한 히트파이프의 부위에 다수개 삽입하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 히트파이프를 이용한 LED조명용 냉각장치에 의하면, "U"자형 히트파이프 및 개선된 방열핀으로 인해 LED조명모듈의 단위시간당 열 방출량이 향상되어 고휘도 LED조명의 안정적인 동작을 가능하게 하며, 고휘도 LED조명의 수명이 향상되는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 양호한 실시예를 도시한 첨부도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 히트파이프를 이용한 LED조명용 냉각장치는 밀폐용기 내부의 작동유체가 연속적으로 기-액간의 상변화 과정을 통하여 용기 양단 사이에 열을 전달하는 히트파이프와, 상기 히트파이프의 상변화 과정에서 기체-액체로 변화되는 과정을 단축시키는 방열핀을 포함하여 구성되며, 이러한 본 발명은 고열을 발생하는 고휘도 LED조명모듈(50)에 장착되어 LED조명모듈(50)에서 발생되는 열을 유도하고 방출한다.

히트파이프(30)는 도 3에 도시된 바와 같이 대략 "U"자형으로 형성된다. 여기서 히트파이프(30)의 중간부위, 즉 "U"자형으로 볼 때 곡선 부분은 LED조명모듈(50)에 밀착되게 하고, 양측은 LED조명모듈(50)로부터 상향 되게 한다.

방열핀은 LED조명모듈(50)의 고열로 히트파이프(30)의 작동유체가 기화하면 이를 액상으로 전환되기까지의 시간을 단축하기 위해 상기 히트파이프(30)의 외관에 다수개 삽입되어 히트파이프(30)에 유도된 열을 방열하는 구성으로, 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이 여러 형태로 구성될 수 있다.

여기서, 도 4의 방열핀은 판형 방열핀(10)으로서, 방열판(15)과, 상기 방열 판(15)의 모서리 부분에 형성되는 각핀부와, 상기 방열판(15)의 양측에 형성되는 사이드핀부와, 상기 방열판(15)의 내측에 형성되는 내측핀부 및 관통공(11)이 형성된 버링부(16)로 구성되며, 더욱 상세히는 사이드핀부는 방열판(15)의 양측 끝단에서 내측으로 일정길이로 절개하는 것을 방열판(15)의 양측 길이방향을 따라 실시하여 이루어진 절개된 방열판(15)의 각 면을 비틀어서 형성되는 사이드핀(12)의 집합이고, 상기 내측핀부는 방열판(15)의 내측에 폭방향으로 일정길이 절개하는 것을 방열판(15)의 길이방향을 따라 일정간격을 두고 실시하여 이루어진 절개된 방열판(15)의 각 면을 비틀어서 형성되는 내측핀(14)과 통기부(17)의 집합이며, 상기 각핀부는 방열판(15)의 모서리에서 일정한 크기의 면을 절단하여 형성되는 각핀(13)의 집합이다.

사이드핀(12)과 내측핀(14)은 비틀린 각도에 따라 열방출의 효율이 변화될 수 있어 적절한 비틀림 각도를 체크하여 형성한다.

한편, 도 5의 방열핀은 도 4의 판형 방열핀(10)의 개량형인 개량 판형 방열핀(10')으로서, 판형 방열핀(10)의 구성과 대부분 동일하나 내측핀부 내측핀의 일부는 일정길이 절단되어 확장 통기부(17a')를 형성한 것이 다르다.

상기 확장 통기부(17a')는 히트파이프(30)로부터 전달되는 열을 효과적으로 방출함과 동시에 LED조명모듈(50)에 전원을 공급하는 전선(미도시)의 경로로도 사용될 수 있다.

도 6의 방열핀은 원형 방열핀(20)으로서 둘레에는 다수개의 외측핀(22)이 형성되어 있고, 외측핀(22)의 내측으로는 도 4의 판형 방열핀(10)의 내측핀부와 같은 역할을 하는 (24) 및 (27)의 구성이 형성되어 있으며, (24)와 외측핀(22)의 사이에는 판형 방열핀(10)의 관통공(11)이 형성된 버링부(16)(히트파이프와 방열핀의 접촉면적 확보하는 역할)와 같은 역할을 하는 (21),(26)의 구성을 형성하고 있다.

한편, 도 3을 참조하면, LED조명모듈(50)에서 발생되는 열은 히트파이프(30)로 전이된다. 전이된 열은 히트파이프(30)의 액상의 작동유체를 가열하여 기화시키고, 기화된 작동유체는 히트파이프(30)의 상부측으로 상승하다가 방열핀으로부터 열을 빼앗기면 다시 액상으로 변화되어 하강하게 된다. 즉, 히트파이프(30)의 작동유체(31)는 히트파이프(30)의 내부에 표기한 화살표 방향과 같이 순환되는 것인데, 이때 처음에는 기화된 작동유체가 히트파이프(30)의 하측에 있는 첫번째 방열핀에 의해 액상으로 변화되어 하강 되겠지만 시간이 경과하면 히트파이프(30)의 하측으로부터 두번째 방열핀, 세번째 방열핀에 의해 액상으로 변화되어 하강 된다.

본 발명에서는 이 과정을 지연시키는 것과, LED조명모듈(50)를 OFF 했을시 방열핀의 냉각 회복속도를 단축시키기 위해 외부 공기가 방열핀의 곳곳을 경유하도록 통기부(17)와, 사이드핀(12)의 사이사이의 공간 및 각핀(13) 사이사이에 공간을 마련한 것이어서, 방열이 효과적이다.

또한, 통기부(17)와, 사이드핀(12)의 사이사이의 공간을 마련하기 위해 사이드핀(12)과 내측핀(14)을 버리는 것이 아닌 이를 비틀어 줌으로써 방열핀의 면적이 줄지 않아 방열핀에 유도될 수 있는 열의 손실이 줄어든다.

이상 본 발명이 양호한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 히트파이프를 이용한 LED조명용 냉각장치를 LED조명모듈에 장착한 모습을 나타낸 도면,

도 2는 도 1을 다른 각도로 표현한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 히트파이프를 이용한 LED조명용 냉각장치의 동작관계를 나타낸 도면,

도 4는 본 발명의 요부인 방열핀을 상세히 나타낸 도면,

도 5는 본 발명의 요부인 방열핀의 다른 예를 나타낸 도면,

도 6은 본 발명의 요부인 방열핀의 또 다른 예를 나타낸 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

11: 관통공 12: 사이드핀

13: 각핀 14: 내측핀

15: 방열판 16: 버링부

17: 통기부 17a': 확장 통기부

30: 히트파이프 50: LED조명모듈

Claims (3)

1. 고열을 발생하는 고휘도 LED조명모듈(50)에 장착되어 발생되는 열을 유도하여 방출하는 냉각장치에 있어서,

   상기 LED조명모듈(50)에 장착되어 LED조명모듈(50)에서 발생되는 열을 유도하여 방열하는 히트파이프(30)와;

   상기 히트파이프(30)의 방열을 촉진하도록 히트파이프(30)의 외관에 다수개 삽입되는 방열핀;을 포함하며,

   상기 히트파이프(30)의 중앙부는 LED조명모듈(50)에 고정하고 양측은 LED조명모듈로부터 상향 되게하고,

   상기 방열핀은 방열판(15)과, 상기 방열판(15)의 모서리 부분에 형성되는 각핀부와, 상기 방열판(15)의 양측에 형성되는 사이드핀부와, 상기 방열판(15)의 내측의 중앙부에 형성되는 내측핀부 및 히트파이프 관통공(11)이 형성된 버링(burring)부(16)로 구성하며,

   상기 사이드핀부는 방열판(15)의 양측 끝단에서 내측으로 일정길이로 절개하는 것을 방열판(15)의 양측 길이방향을 따라 실시하여 이루어진 절개된 방열판(15)의 각 면을 비틀어서 형성되는 사이드핀(12)의 집합이고,

   상기 내측핀부는 방열판(15)의 내측에 폭방향으로 일정길이 절개하는 것을 방열판(15)의 길이방향을 따라 일정간격을 두고 실시하여 이루어진 절개된 방열판(15)의 각 면을 비틀어서 형성되는 내측핀(14)과 통기부(17)의 집합이며,

   상기 각핀부는 방열판(15)의 모서리에서 일정한 크기의 면을 절단하여 형성되는 각핀(13)의 집합인 것을 특징으로 하여 히트파이프와 LED조명기구 설치 특성상 파이프의 축선 방향으로 냉각공기의 유동 통로를 확보할 수 있는 히트파이프를 이용한 LED조명용 냉각장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 내측핀부의 내측핀(14)의 일부는 일정길이 절단되어 확장 통기부(17a')를 형성하는 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 LED조명용 냉각장치.
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