KR101098904B1 - 에너지 변환 장치 및 에너지 변환 장비 - Google Patents

에너지 변환 장치 및 에너지 변환 장비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에너지 변환 장치 및 복수의 에너지 변환 장치들을 포함하는 에너지 변환 장비를 개시한다. 에너지 변환 장치는 히트 파이프, 제1 방열 부재, 제2 방열 부재, 및 에너지 변환 부재를 포함한다. 상기 히트 파이프는 접촉부 및 평탄부를 포함한다. 상기 제1 방열 부재는 복수의 핀들을 포함한다. 상기 제2 방열 부재는 수용 공간을 형성하기 위해 제1 방열 부재에 연결된다. 상기 접촉부는 상기 수용 공간 내에 수용되며 상기 제1 방열 부재 및 상기 제2 방열 부재 모두와 접촉한다. 상기 에너지 변환 부재는 상기 평탄부와 접촉한다. 그리하여, 작동 중에 에너지 변환 부재에 의해 발생된 열은 상기 평탄부를 통하여 상기 히트 파이프에 전달된 후 상기 제1 방열 부재, 상기 제2 방열 부재, 및 상기 핀들을 통하여 방사된다.
LED, 태양 전지, 방열, 열전달, 열 변환, 에너지 변환, 핀, 히트 파이프

Description

에너지 변환 장치 및 에너지 변환 장비{ENERGY TRANSDUCING APPARATUS AND ENERGY TRANSDUCING EQUIPMENT}
본 발명은 에너지 변환 장치 및 에너지 변환 장비에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 열을 방사하기 위해 히트 파이프(heat pipe) 및 조합형 방열 모듈(heat-dissipating module)을 사용하는 에너지 변환 장치 및 에너지 변환 장비에 관한 것이다.
원유의 부족으로 인해, 대체 에너지의 필요성이 중요해지고 있다. 생태계의 영향을 고려하여, 태양 에너지, 풍력, 및 수력이 개발의 주 소재가 되고 있다. 여기서 태양 에너지는 가장 풍부한 에너지이다. 그러나, 태양 에너지를 변환하는 과정에서, 입사광 전부가 태양 전지에 의해 흡수되어 완전히 전류로 변환될 수 없다. 광자들(photon)의 에너지의 절반은 전류를 발생시키기에 너무 낮다(반도체의 밴드 갭(band gap)보다 더 낮음). 비록 광자들 에너지의 나머지 절반이 흡수되지만, 전자홀 쌍(electro hole pair)을 발생시키는데 필요한 에너지를 제외하고, 흡수된 에너지의 대략 절반이 열에 의해 손실된다. 지나치게 높은 작동 온도는 태양 전지의 보다 낮은 광전 변환 효율(photoelectric conversion efficiency)을 초래할 것이다. 그러한 악순환에 의해, 태양 에너지는 열에 의해 보다 더 손실되고 태양 전지 의 광전 변환 효율은 더욱 감소될 것이다.
반면, 에너지의 사용은 어떻게 에너지를 축적할 것인지에 초점이 있다. 반도체 발광 장치들의 개발에서, 발광 다이오드(LED: light-emitting diode)는 새로운 광원이며, 전력 절감, 내진성(seismic resistance), 빠른 반응 등의 여러 이점들을 갖는다. 그리하여, LED는 전자기기들에서 지시등(indicator light)으로서 널리 사용되고 있으며, 조명 제품의 광원으로서 LED를 사용하는 것은 하나의 트렌드(trend)가 되가고 있다. 조명성을 향상시키기 위해, 높은 전력의 LED가 조명 제품에서 광원으로서 사용되고 있다. 하지만, 예를 들어 방열(heat dissipation)과 같은 다른 문제점들이 발생하였다. 작동 중에 LED에 의해 발생되는 열이 순간적으로 방사될 수 없다면, LED가 열 충격(thermal impact)을 받고 수명 및 발광 효율이 감소될 것이다. 이는 에너지 절감에 부정적이다.
따라서, 종래 기술에서는, 광자 에너지를 전기로 변환함으로써 발생된 열이 효율적으로 방사되지 못하여, 태양 전지의 광전자 변환 효율이 향상되지 못하거나 현상유지에 머물렀으며, 태양 전지 또는 LED가 손상되기도 하였다.
본 발명은, 에너지 변환 장치가 열 충격으로부터 방지되고 광전 변환 효율이 유지되며 에너지 변환 장치의 수명이 연장될 수 있도록, 작동 중에 발생되는 열을 효율적으로 방사하는 에너지 변환 장치를 개시한다.
본 발명의 에너지 변환 장치는 히트 파이프, 제1 방열 부재, 제2 방열 부재, 및 에너지 변환 부재를 포함한다. 상기 히트 파이프는 접촉부 및 평탄부를 포함한다. 상기 접촉부는 일 방향을 따라 연장된다. 상기 제1 방열 부재는 상기 방향에 실질적으로 평행한 복수의 핀들을 포함한다. 상기 제2 방열 부재와 상기 제1 방열 부재는 결합되어 수용 공간을 형성한다. 상기 접촉부는 상기 수용 공간 내에 수용되며 상기 제1 방열 부재 및 상기 제2 방열 부재 모두와 접촉한다. 상기 에너지 변환 부재(예로써, 태양 전지 또는 발광 다이오드)는 상기 평탄부와 접촉한다. 여기서, 상기 제1 방열 부재는 상기 방향을 따르는 제1 반쪽홈을 포함하며, 상기 제2 방열 부재는 상기 방향을 따르는 제2 반쪽홈을 포함하며, 상기 제1 반쪽홈과 상기 제2 반쪽홈은 상기 수용 공간을 형성한다.
상기 에너지 변환 부재의 작동 중 발생된 열은 상기 에너지 변환 부재와 접촉하는 상기 접촉부를 통하여 상기 히트 파이프에 전달될 수 있다. 전달된 열은 상기 히트 파이프에 전달된 이후 상기 접촉부를 통하여 상기 제1 방열 부재 및 상기 제2 방열 부재에 전달된다. 그리하여, 그 열은 상기 제1 방열 부재 및 상기 제2 방열 부재에 의해 방사될 수 있다. 여기서, 상기 제1 방열 부재의 핀들은 열을 방사하기에 유용하며, 따라서 상기 제1 방열 부재의 방열 효율을 향상시킨다.
또한, 상기 제2 방열 부재는 에너지 변환 부재를 제어하는 제어 모듈 회로를 수용하기 위한 회로 수용 공간을 포함한다. 이는 에너지 변환 장치의 모듈화(modularization)에 유리하다. 상기 방향에 평행한 핀들은 방열에 대한 상기 에너지 변환 장치의 설치 각도(setting angle)의 영향을 개선할 수 있다.
본 발명의 에너지 변환 장비는 프레임 및 복수의 에너지 변환 장치들을 포함한다. 상기 프레임은 복수의 홀들을 구비한 패널을 포함할 수 있다. 상기 에너지 변환 장치들은 상기 프레임 상에 배치되며 상기 홀들에 대응한다. 상기 에너지 변환 장비는 상기 프레임 상에 배치되며 상기 에너지 변환 장치들에 전기적으로 연결되는 제어 모듈 회로를 더 포함한다. 상기 에너지 변환 장비의 상기 에너지 변환 장치들은 상기 프레임에 결합되어 설치되며, 그것들은 그룹 효과(grouping effect)를 달성하기 위해 단일의 상기 제어 모듈 회로에 의해 동시에 제어된다. 또한, 상기 에너지 변환 장비는 다른 변환 모드들의 에너지 변환 장치들에 의해 자급자족형(self-sufficient) 충전/발광 시스템이 될 수 있다.
본 발명의 이점 및 사상은 첨부된 도면들과 함께 이하의 설명에 의해 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 에너지 변환 장치를 도시한다.
도 2는 도 1의 에너지 변환 장치의 단면을 도시한다.
도 3A는 제1 방열 부재를 도시한다.
도 3B는 제2 방열 부재의 관형 몸체를 도시한다.
도 4A는 광 조절 부재가 나사 구조에 의해 캐리어 상에 체결된 모습을 도시한다.
도 4B는 광 조절 부재가 후크 구조(hook structure)에 의해 캐리어를 후킹한 모습을 도시한다.
도 4C는 광 조절 부재가 캐리어의 후크 슬롯(hook slot)에 결합된 모습을 도 시한다.
도 5는 나사 구조를 통해 캐리어가 히트 파이프에 체결된 모습을 도시한다.
도 6A는 에너지 변환 장치의 에너지 변환 부재의 평면도를 도시한다.
도 6B는 도 6A의 Z-Z 선을 따라 에너지 변환 부재, 캐리어, 및 히트 파이프 일부분의 단면을 도시한다.
도 7은 일 실시예에 따른 에너지 변환 부재, 캐리어, 및 히트 파이프 일부분에 대한 단면도이다.
도 8은 다른 일 실시예에 따른 에너지 변환 부재, 캐리어, 및 히트 파이프 일부분의 단면도를 도시한다.
도 9는 다른 일 실시예에 따른 에너지 변환 부재, 캐리어, 및 히트 파이프 일부분의 단면도를 도시한다.
도 10은 다른 일 실시예에 따른 에너지 변환 부재, 캐리어, 및 히트 파이프 일부분의 단면도를 도시한다.
도 11은 바람직한 제2 실시예에 따른 에너지 변환 장치를 도시한다.
도 12A는 제1 방열 부재를 도시한다.
도 12B는 제2 방열 부재를 도시한다.
도 13A는 바람직한 제3 실시예에 따른 에너지 변환 장비를 도시한다.
도 13B는 에너지 변환 장비의 부분 단면을 도시한다.
도 1 및 2를 참조한다. 도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 에너 지 변환 장치(1)를 도시하고 있다. 도 2는 에너지 변환 장치(1)의 단면을 도시하고 있다. 그 단면은 에너지 변환 장치(1) 전체를 대칭적으로 통과한다. 도 2의 시각(visual angle)은 도 1에의 X 방향이며, 도 2에서 제어 모듈 회로(24) 및 커넥터(26)는 도면의 단순화를 위해 절단되어 있지 않다. 또한, 에너지 변환 부재(18)의 단면이 또한 단순화되어 있다.
바람직한 제1 실시예에 따르면, 에너지 변환 장치(1, energy transducing apparatus)는 제1 방열 부재(12), 제2 방열 부재(14), 히트 파이프(16), 에너지 변환 부재(18), 캐리어(20, carrier), 광 조절 부재(22, optical adjusting member), 제어 모듈 회로(24, control module circuit), 및 커넥터(26, connector)를 포함한다. 제1 방열 부재(12)는 판형 몸체(122, plate body) 및 그 판형 몸체(122)로부터 연장된 여러 핀들(124, fin)을 포함한다. 제2 방열 부재(14)는 관형 몸체(142, tubular body), 전방 커버(144), 및 후방 커버(146)를 포함한다. 전방 커버(144)와 후방 커버(146)는 관형 몸체(142)의 두 개구에 결합되어 수용 공간(S2)을 형성한다. 수용 공간(S2)은 제어 모듈 회로(24)와 커넥터(26)의 일부분을 수용한다. 제어 모듈 회로(24)는 관형 몸체(142, 도 3B 참조)의 돌출부(142a)에 배치된다. 또한, 돌출부(142a)가 슬라이드 되도록 형성된다면, 제어 모듈 회로(24)를 설치하는 것에 도움이 된다.
제1 방열 부재(12)와 제2 방열 부재(14)는 서로 결합되어 수용 공간(S1)을 형성한다. 수용 공간(S1)의 형상은 히트 파이프(16)를 수용하기 위해 대략 실린더 형이다. 히트 파이프(16)는 접촉부(162)와 평탄부(164)를 포함한다. 접촉부(162)는 수용 공간(S1) 내에 배치되어 제1 방열 부재(12)와 제2 방열 부재(14)와 접촉한다. 또한, 높은 열 전도성을 갖는 다른 물질들이 히트 파이프(16)를 대체할 수도 있다.
캐리어(20)는 히트 파이프(16)의 단부에 설치된다. 원칙적으로 캐리어(20)와 히트 파이프(16)의 평탄부(164)는 동일평면상의(coplanar) 배치이나 이에 한정되는 것은 아니다. 에너지 변환 부재(18)가 캐리어(20)에 설치되고 평탄부(164)에 접촉함으로써, 작동 중의 에너지 변환 부재(18)에 의해 발생된 열은 평탄부(164)를 통해 히트 파이프(16)로 전달된 후, 히트 파이프(16)의 접촉부(162)를 통해 제1 방열 부재(12)(그것의 핀들(124)을 포함) 및 제2 방열 부재(14)로 전달되어, 외부로 방사된다. 광 조절 부재(22)는 링형 몸체(222, ring body), 렌즈 구조(224), 및 고정 링(226)을 포함한다. 링형 몸체(222)는 캐리어(20)에 결합되고, 렌즈 구조(224)는 에너지 변환 부재(18)에 바로 대향되게 배치되며, 고정 링(226)은 링형 몸체(222) 상에 설치된다.
또한, 제어 모듈 회로(24)는 회로 보드 및 관련된 다른 전자기기들을 포함한다. 제어 모듈 회로(24)는 커넥터(24a)에 전기적으로 연결되어 있는 와이어(L1, 도 2에서 굵은 점선으로 표현됨)에 의해 에너지 변환 부재(18)에 전기적으로 연결된다. 캐리어(20)는 그 와이어가 통과되는 홀들(hole)을 형성한다. 제어 모듈 회로(24)는 커넥터(24b)에 전기적으로 연결된 와이어(L2, 도 2에서 굵은 점선으로 표현됨)를 통해 커넥터(26, 예로써 터미널 블록(terminal block))에 전기적으로 연결된다. 에너지 변환 부재(18)의 변환 모드에 따라, 제어 모듈 회로(24)에 의해 에너지 변환 부재(18)의 동작을 제어하기 위해 요구되는 전기를 얻기 위해, 커넥터(26) 는 와이어(26a)를 통해 전력 공급원(power source)에 연결된다; 예를 들어, 이러한 변환 모드는 전기를 광자 에너지로 변환하는 것이다(예로써, LED의 에너지 변환). 대안적으로 커넥터(26)는 와이어(26a)를 통해 다른 기기들에 전기를 제공할 수 있다; 예를 들어, 이러한 변환 모드는 광자 에너지를 전기로 변환하는 것이다(예로써, 태양 전지의 에너지 변환).
도 3A 및 도 3B를 참조한다. 도 3A는 제1 방열 부재(12)를 도시하고 있다. 도 1의 에너지 변환 장치(1)와 비교하여, 도 3A에 도시된 제1 방열 부재(12)는 설명의 편의를 위해 회전되어 있다. 도 3B는 제2 방열 부재(14)의 관형 몸체(142)를 도시하고 있다. 도 3A 및 도 3B에 도시된 바와 같이, 제1 방열 부재(12)의 판형 몸체(122)는 반원형이며 Y 방향을 따라 연장된 제1 반쪽홈(122b, semi-groove)을 포함한다; 이에 대응하여 제2 방열 부재(14)의 관형 몸체(142)는 반원형이며 Y 방향을 따라 연장된 제2 반쪽홈(142b)을 포함한다. 따라서, 제1 방열 부재(12)가 제2 방열 부재(14)에 결합될 때, 제1 반쪽홈(122b)과 제2 반쪽홈(142b)은 상기 수용 공간(S1)을 형성한다.
실제 제조에서, 히트 파이프(16)는 제 1 반쪽홈(122b) 또는 제2 반쪽홈(142b) 내에 배치될 수 있다. 그리고, 판형 몸체(122)와 관형 몸체(142)는 관통홀들(122a)을 통해 나사홀들(142c) 내로 나사들을 체결함으로써 결합되며, 이에 따라 제1 방열 부재(12)와 제2 방열 부재(14)가 결합된다. 또한 히트 파이프(16)는 제1 반쪽홈(122b)과 제2 반쪽홈(142b)에 의해 형성된 수용 공간(S1) 내에 수용된다. 본 발명의 설치 방법은 전술한 방법에 제한되지 않는다. 따라서, 그것들(판형 몸체(122) 및 관형 몸체(142))은 또한 용접 또는 C-형상의 벅클(buckle)에 의해 함께 설치될 수 있다.
히트 파이프(16)의 외경이 수용 공간(S1)의 내경보다 작지 않거나 히트 파이프(16)의 단면 프로파일(profile)이 수용 공간(S1)의 단면 프로파일과 크기 면에서 간섭하는 경우, 전술한 제조 방법에 의해 히트 파이프(16)의 접촉부(162)는 가압되어 제1 방열 부재(12)와 제2 방열 부재(14) 상에 견고하게 접착될 것이다. 따라서, 히트 파이프(16)가 변형될 것이며, 이는 제1 방열 부재(12) 및 제2 방열 부재(14)에 대한 히트 파이프(16)의 결합 강도를 향상시킬 뿐만 아니라 제1 반쪽홈(122b) 및 제2 반쪽홈(142b)에 대한 접촉부(162)의 접촉 면적을 증대시킬 수 있으며, 이에 따라 열전달 효율이 증대될 수 있다.
추가적으로, 제1 반쪽홈(122b) 및 제2 반쪽홈(142b)은 수용 공간(S1)을 균등하게 차치해야 할 필요는 없다. 즉, 제1 반쪽홈(122b)이 수용 공간(S1)의 대부분을 차지할 수 있다. 예를 들어, 히트 파이프(16)의 단면이 직사각형이라면, 제2 반쪽홈(142b)의 형상은 실질적으로 평면이면서(즉, 명백하게는 제2 방열 부재(12)가 제2 반쪽홈(142b)을 갖지 않음), 제2 반쪽홈(142b)이 제1 반쪽홈(122b)과 함께 수용 공간(S1)을 여전히 형성하게 된다. 따라서, 제1 방열 부재(12)가 제2 방열 부재(14)에 결합되어 수용 공간(S1)을 충분히 형성할 수 있다. 제1 방열 부재(12)와 제2 방열 부재(14) 모두, 오목하며 돌출된 구조를 가질 필요는 없다.
또한, 비록 Y 방향이 직선 방향이지만, 이에 한정되지는 않는다. 곡선일 수도 있다. 논리적으로, 제1 방열 부재(12)와 제2 방열 부재(14)의 결합면은 수용 공 간(S1)을 제1 반쪽홈(122b)과 제2 반쪽홈(142b)으로 분할하는 수용 공간(S1)의 분할면이다. 원칙적으로, 수용 공간(S1)이 하나의 곡선을 따라 연장된다면, 그러한 곡선은 그 분할면 상에 배치된다. 바람직한 제1 실시예에서, 핀들(124)은 Y 방향에 평행하다. 비록 에너지 변환 장치(1)(또는 히트 파이프(16))가 수직으로 또는 수평으로 배치되더라도, 핀들(124)의 간격을 통해 공기가 풍부하게 흐를 수 있다. 경우에 따라, 핀들(124) 각각은 반경 방향으로 배열될 수도 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같은 광 조절 부재(22)의 링형 몸체(222)는 접착에 의해, 클램핑(clamping)에 의해, 또는 링형 몸체(222)를 통해 나사를 캐리어(20) 내로 체결함에 의해 캐리어(20)에 설치될 수 있다; 하지만, 본 발명의 고정 방법은 그에 한정되지는 않는다. 도 4A 및 도 4B를 참조한다. 도 4A는 나사 구조(thread structure)에 의해 광 조절 부재(22)가 캐리어(20)에 체결되는 것을 도시한다. 도 4B는 후크 구조(hook structure)에 의해 광 조절 부재(22)가 캐리어(20)를 후킹하는 것을 도시한다. 도 4A에 도시된 바와 같이, 상기 나사 구조는 링형 몸체(222)에 형성된 내측 나사산(228) 및 캐리어(20)의 측면에 형성된 외측 나사산(204)을 포함한다. 따라서, 광 조절 부재(22)의 링형 몸체(222)는 캐리어(20) 상에 체결될 수 있다. 또한, 캐리어(20)의 나사 구조의 벽 두께는 도 2에 도시된 것과 다른데, 이는 다른 결합 구조에 대한 수정이 요구되기 때문이다.
도 4B에 도시된 바와 같이, 상기 후크 구조는 링형 몸체(222)에 형성된 후크(230, hook)를 포함할 수 있다. 후크(230)로 캐리어(20)를 후킹함으로써 광 조절 부재(22)는 캐리어(20)에 결합될 수 있다. 대응적으로 캐리어(20) 상에 후크 슬 롯(206, hook slot)이 형성된다면, 후크 구조는 후크(230) 및 후크 슬롯(206)을 포함한다. 광 조절 부재(22)의 후크(230)가 캐리어(20)의 후크 슬롯(206)을 후킹할 때, 후크(230)의 위치는 도 4C에 도시된 바와 같은 후크 슬롯(206)에 또한 제한된다. 크기를 적절히 설계함으로써, 후크 슬롯(206)은 거기에 후크(230)를 설치할 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 캐리어(20)는, 접착에 의해, 클램핑에 의해, 또는 나사를 캐리어(20)에 체결함에 의해, 히트 파이프(16)의 단부에 히트 파이프(16)에 대향되게 설치될 수 있다; 하지만, 본 발명의 고정 방식이 이들에 한정되지는 않는다. 도 5를 참조한다. 도 5는 나사 구조를 통해 캐리어(20)가 히트 파이프(16)에 체결되는 것을 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이러한 나사 구조는 캐리어(20)의 홀에 형성된 내측 나사산(208) 및 히트 파이프(16) 상에 형성된 외측 나사산(166)을 포함한다. 따라서, 캐리어(20)는 히트 파이프(16)의 일 단부에서 나사체결될 수 있다.
또한, 히트 파이프(16)의 벽의 두께가 충분히 두껍다면, 히트 파이프(16)의 외측 나사산(166)은 전통적인 테이퍼(tapper)에 의해 테이핑(tapping)될 수 있다. 만약 히트 파이프(16)의 두께가 절단력(cutting force)를 견딜 수 없거나 절단 이후의 벽의 두께가 캐리어(20)에 의해 나사체결될 수 없다면, 외측 나사산(166)은 롤링(rolling)에 의해 형성될 수 있다. 이러한 성형법은 벽의 두께를 경미하게 변화시키면서 외측 나사산(166)을 형성할 수 있으며, 외측 나사산(166)의 강도가 가공 경화(work hardening) 효과로 인해 개선된다. 도 4A, 도 4B, 도 4C, 및 도 5는 단지 에너지 변환 부재(18)의 개략적 도면이며 이들 도면들에서 에너지 변환 부재(18)의 상세한 모습이 도시된 것은 아니라는 점을 주지해야 할 것이다.
도 6A 및 도 6B를 참조한다. 도 6A는 에너지 변환 부재(18) 및 에너지 변환 장치(1)의 평면도를 도시한다. 도 6B는 도 6A의 Z-Z 선을 따라 에너지 변환 부재(18), 캐리어(20), 및 히트 파이프(16)의 일부분의 단면을 도시한다. 바람직한 제1 실시예에 따르면, 에너지 변환 부재(18)는 에너지 변환 반도체 구조(182), 기판(184) 및 베이스(186)를 포함한다. 에너지 변환 반도체 구조(182)는 기판(184) 상에 배치된다. 베이스(186)는 제1 함몰부(186a) 및 제1 함몰부(186a)에 연결된 제2 함몰부(186b)를 포함한다. 기판(184)은 평탄부(164)와 접촉하고 제2 함몰부(186b)에 결합되며, 에너지 변환 반도체 구조(182)는 제1 함몰부(186a)의 외측으로 노출되어 있다.
에너지 변환 반도체 구조(182)는 독립적인 칩이며 기판(184) 상에 장착된다. 에너지 변환 반도체 구조(182)는 금속 와이어(192)에 의해 베이스(186)의 내부 전극들에 연결되며, 따라서 에너지 변환 반도체 구조(182)는 베이스(186)의 내부 전극들에 연결된 외부 전극들(186c)에 용접된 와이어들(L1, 도 2를 함께 참조)을 통하여 제어 모듈 회로(24)에 전기적으로 연결된다. 에너지 변환 반도체 구조(182)와 금속 와이어들(192)은 패킹재(188, packing material)에 의해 기판(184) 상에 설치되거나 또는 밀봉될 수 있다. 관통홀들(186d)을 통하여 캐리어(20)에 나사들을 체결함으로써 베이스(186)가 캐리어(20)에 장착된다. 상기 패킹재(188)는 또한 빛을 조절할 수도 있다. 도 6B에 도시된 바와 같이 패킹재(188)의 외형이 돌출된 경우, 패킹재(188)는 빛을 수렴시킬 수 있다.
바람직한 제1 실시예에 따르면, 에너지 변환 부재(18)는 베이스(186) 상에 배치된 렌즈(190)를 포함한다. 렌즈(190)는 빛을 수렴할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 렌즈(190)의 두 측면들의 곡률들에 대한 적절한 설계에 의해, 렌즈(190)는 다른 광 조절 요구들을 만족시키기 위해 빛을 수렴하거나 산란시킬 수 있다. 실제 적용에서, 에너지 변환 장치(1)의 광 조절 효과는 광 조절 부재(22)의 렌즈 구조(224)의 광학적 특성들을 고려하는 것을 또한 필요로 한다. 광 조절 부재(22)의 렌즈 구조(224)가 볼록 렌즈에 제한되지 않는다는 점은 주목할 사항이다. 도 4A를 참조하면, 렌즈 구조(224)의 중앙부에 하나의 홈(recess)이 있으며, 따라서 빛은 렌즈 구조(224)에 의해 대략 링(ring) 형상이 되도록 수렴된다.
도 6A 및 6B를 참조한다. 추가적으로, 베이스(186)는 몰드(mold) 내에 금속의 리드 프레임(lead frame)을 심어 놓은 후 액정 플라스틱을 몰드 내로 삽입함으로써 형성될 수 있다. 이때, 리드 프레임에 형성된 내부 전극들은 제1 함몰부(186a) 밖으로 노출되며, 외부 전극들(186c)은 베이스(186) 밖으로 노출된다. 또한, 에너지 변환 반도체들(182)은 도 6B에서 점선에 의해 도시된 바와 같은 금속배선(wiring)에 의해 직렬로 연결될 수 있다. 한편, 도 6B의 에너지 변환 반도체 구조(182)는 베이스(186)에 연결되기 위해 단지 하나의 금속 와이어(192)를 보유한다. 공정으로 형성된 회로를 갖는 반도체 기판 또는 금속 회로로 코팅된 회로 보드와 같이, 기판(184) 상에 회로가 존재한다면, 에너지 변환 반도체 구조(182)는 기판(184)에 와이어링(wiring)되어 기판(184)을 통해 베이스(186)에 전기적으로 연결 될 수 있다. 기판(184)이 전기적 연결을 위한 매체로 설계되지 않는다면, 에너지 변환 반도체 구조(182)에 의해 발생된 열을 평탄부(164)로 전달시키는 열전달 효율을 향상시키기 위해, 기판(184)은 높은 열 전도성의 금속 재질 또는 다른 재질로 제조될 수 있다.
도 7을 참조한다. 도 7은 일 실시예에 따른 에너지 변환 부재(18), 캐리어(20), 및 히트 파이프(16)의 일부에 대한 단면도이다. 도 7과 도 6 간의 차이점은 도 7에서의 기판(184)이 제2 함몰부(186b)에 완전히 배치된다는 것이다. 따라서, 베이스(186)의 바닥면(186e)은 기판(184)의 (평탄부(164)와 접촉하기 위한) 바닥면(184a) 밖으로 약간 돌출되어 있다. 이에 대응하여, 평탄부(164)는 캐리어(20) 밖으로 돌출되며, 기판(184)이 평탄부(164)에 단단히 고정되는 것을 보장하기 위해 평탄부(164)의 돌출 높이는 기판(184)의 바닥면(184a)의 요입된 깊이보다 약간 더 크다.
이와 유사하게, 평탄부(164)는 캐리어(20) 밖으로 약간 돌출될 수 있으며, 베이스(186)의 바닥면(186e)과 기판(184)의 바닥면(184a)은 동일 평면 상에 배치된다. 단단히 고정시키는 것을 보장하는 것에 대한 상기 목적이 또한 달성될 수 있다. 도 6B에 도시된 구조에서, 베이스(186)와 평탄부(164) 사이에 갭(gap)이 존재한다면, 그 갭을 채워지도록 베이스(186)의 바닥면 또는 평탄부(164) 상에 열전도성 아교(glue)가 코팅될 수 있다. 물론, 도 7에 도시된 것과 같은 구조에서는, 바닥면(186e) 또는 평탄부(164)의 표면 거칠기(surface roughness)에 기하여 형성된 갭이 채워지도록 베이스(186)의 바닥면(186e) 또는 평탄부(164) 상에 열전도성 아교가 코팅될 수 있다.
도 6B 및 도 8을 참조한다. 도 8은 다른 일 실시예에 따른 에너지 변환 부재(18), 캐리어(20), 및 히트 파이프(16) 일부분의 단면도를 도시한다. 도 6B와 도 8 간의 차이점은 도 8에서의 에너지 변환 반도체 구조(182)가 기판(184)에 직접 형성된다는 것이다; 예를 들어, 기판(184) 자체는 반도체 기판(실리콘 기판)이다. 따라서, 반도체 공정에서 기판(184)을 용이하게 형성하기 위해 에너지 변환 반도체 구조(182)가 통합될 수 있다. 또한, 반도체 기판(184)에 형성된 에너지 변환 반도체 구조(182)의 전극들은 미리 기판(184) 상에 집적됨으로써, 에너지 변환 반도체 구조(182)에 단지 2회의 배선(wiring)이 요구될 수 있다. 이로써 제조의 안정성이 증대될 수 있다.
도 6B 및 도 9를 참조한다. 도 9는 다른 일 실시예에 따른 에너지 변환 부재(18), 캐리어(20), 및 히트 파이프(16) 일부분에 대한 단면도이다. 도 9와 도 6B 간의 차이점은, 도 9에서의 에너지 변환 반도체 구조(182)가 도 6B에 도시된 것과 같은 기판(184)이 아닌, 홈(186f)을 갖는 베이스(186') 상에 직접 배치된다는 것이다. 그리고, 실제 적용에서, 베이스(186')는 에너지 변환 반도체 구조(182)가 직접적으로 배치되는 하나의 판(plate)일 수 있다. 도 6B의 에너지 변환 부재(18)에 대한 설명은 여기에 또한 적용되며, 재차 기술하지 않는다.
도 9 및 도 10을 참조한다. 도 10은 다른 일 실시예에 따른 에너지 변환 부재(18), 캐리어(20) 및 히트 파이프(16)의 일부분에 대한 단면도이다. 도 6B와 도 10 간의 차이점은 도 10에서의 에너지 변환 반도체 구조(182)가 베이스(186') 상에 직접 형성된다는 것이다. 물론, 실제 적용에서, 베이스(186')는 판(플레이트)일 수 있다. 도 8에서의 에너지 변환 부재(18)에 대한 설명은 또한 여기에 적용될 수 있으므로, 재차 설명하지 않는다.
전술한 실시예들에서, 에너지 변환 반도체 구조(182)가 발광 다이오드 반도체 구조일 경우, 본 발명의 에너지 변환 장치(1)는 조명 장치로서 사용될 수 있다; 에너지 변환 반도체 구조(182)가 태양 전지 반도체 구조일 경우, 본 발명의 에너지 변환 장치(1)는 태양 전지로서 사용될 수 있다. 물론, 에너지 변한 부재(18)는 발광 다이오드 반도체 구조와 태양 전지 반도체 구조를 모두 포함할 수 있으며, 제어 회로(24)는 전기 저장에 대한 충분한 용량을 갖는 축전기를 갖는다. 따라서, 본 발명의 에너지 변환 장치(1)는 낮에 태양 전지 반도체 구조에 의해 축전기를 충전하고, 밤에 조명하기 위해 발광 다이오드 반도체 구조가 축전기에 저장된 전기에 의해 전력공급을 받을 수 있다.
도 1, 도 2, 및 도 11을 참조한다. 도 11은 바람직한 제2 실시예에 따른 에너지 변환 장치(3)를 도시한다. 도 1에 도시된 에너지 변환 장치(1)와 에너지 변환 장치(3) 간의 차이점은, 에너지 변환 장치(3)의 (판(142') 및 판(142')으로부터 연장된 핀들(148)을 포함하여) 제2 방열 부재(14) 및 제1 방열 부재(12)가 대칭적이라는 것이다. 에너지 변환 장치(3)의 제2 방열 부재(14)가 제어 모듈 회로(24)를 수용하기 위한 수용 공간(S2, 도 2 참조)을 포함하지 않기 때문에, 에너지 변환 장치(3)는 원칙적으로 제어 모듈 회로(24)와 커넥터(26)를 포함하지 않는다. 하지만, 에너지 변환 장치(3)는 제1 방열 부재(12)와 제2 방열 부재(14)의 후단(광 조절 부 재(22)가 배치되는 전단에 대해)에 배치되어 제어 모듈 회로(24)와 커넥터(26)를 수용하는 전기 박스(electrical box)에 연결될 수 있다.
도 12A 및 도 12B를 참조한다. 도 12A 및 도 12B는 제1 방열 부재(12) 및 제2 방열 부재(14)를 각각 도시한다. 제2 방열 부재(14)가 에너지 변환 장치(1)의 수용 공간(S2)을 포함하지 않기 때문에, 에너지 변환 장치(3)의 제1 방열 부재(12) 및 제2 방열 부재(14)는 반쪽-채널들(semi-channel, 122c 및 142d)을 각각 포함한다. 제1 방열 부재(12)가 제2 방열 부재(14)에 결합됨으로써, 에너지 변환 부재(18)에 전기적으로 연결되는 와이어들이 관통하는 두 개의 채널들이 형성된다. 전술한 실시예들에서 동일 명칭을 갖는 구성들이 바람직한 제2 실시예에 적용 가능하다면, 그 구성들에 대한 설명이 또한 적용될 있다. 따라서 재차 기술하지 않는다.
도 13A 및 도 13B를 참조한다. 도 13A는 바람직한 제3 실시예에 따른 에너지 변환 장비(5)를 도시한다. 도 13B는 에너지 변환 장비(5)의 부분 단면을 도시하며, 단지 에너지 변환 장치(3)와 패널(54, panel)의 상대적인 구조를 도시한다. 에너지 변환 장비(5)는 프레임(52, frame) 및 프레임(52)에 고정된 다수의 에너지 변환 장치(3)를 포함한다. 다시 말해, 에너지 변환 장치(5)는 에너지 변환 장치들의 모임이다.
프레임(52)은 다수의 에너지 변환 장치들(3)에 대응하는 다수의 홀들(542)을 포함하는 패널(54)을 포함한다. 에너지 변환 장치들(3) 각각의 캐리어(20)의 외측 나사산(204)은 대응하는 홀(542) 밖으로 노출된다. 따라서, 에너지 변환 장치들(3) 각각의 광 조절 부재(22)의 내측 나사산(228)은 패널(54) 외측으로부터 상기 외측 나사산(204)과 결합될 수 있다. 에너지 변한 장비(5)는, 프레임(52)에 장착되어 와이어들(32)을 통하여 에너지 변환 장치들(3)에 전기적으로 연결되는 제어 모듈 회로(56)를 포함한다. 따라서, 에너지 변환 장치들(3)은 동일한 제어 모듈 회로(56)를 공유한다. 제어 모듈 회로(56)는, 필요한 전기를 얻거나 다른 장치들에 전기를 공급하기 위하여 와이어(58)를 통하여 외측의 전력 공급원에 전기적으로 연결된다. 추가적으로, 프레임(52)은 장착부(60)를 통하여 다른 마운트들(mount)에 장착될 수 있다.
추가적으로, 비록 에너지 변환 장비(5)가 제어 모듈 회로(56)를 포함하지만, 에너지 변환 장비(5)의 프레임워크(framework)는 에너지 변환 장치(1, 도 1을 참조)를 위한 슈트들(suit)을 또한 포함한다. 에너지 변환 장치(1)가 개별적인 제어 모듈 회로(24)를 갖기 때문에, 이에 따라 제어 모듈 회로(56)의 제어 기능이 단순화될 수 있다. 게다가, 에너지 변환 장비(5)가 동일한 에너지 변환 모드를 갖는 에너지 변환 장치들(3)을 포함할 필요는 없다. 즉, 에너지 변환 장비(5)는, 조명 및 에너지 저장 모두를 위하여 그리하여 자급자족형 충전/발광 시스템이 되기 위하여, 광자 에너지를 전기로 변환하는 에너지 변환 장치들(3)(발광 다이오드 반도체 구조) 및 전기를 광자 에너지로 변환하는 에너지 변환 장치들(3)(태양 전지 반도체 구조)을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 상기 와이어(58)는 원칙적으로 생략될 수 있다.
요약컨대, 본 발명의 에너지 변환 장치는 조합형 방열 구조(combination heat-dissipating structure)를 구비하며, 이는 접촉 열 저항(contact heat resistance)을 감소하고 열전달 효율을 향상시키기 위하여 히트 파이프를 조립하는 것에 도움을 준다. 더욱이, 에너지 변환 장치의 핀들은, 핀들을 거쳐가는 공기 흐름이 에너지 변환 장치의 설치 각도에 의해 방해받는 영향을 줄이기 위해, 히트 파이프에 평행하게 배치된다. 에너지 변환 장비의 에너지 변환 장치들은 프레임에 결합되어 그룹 효과(grouping effect)를 달성하기 위하여 단일의 제어 모듈 회로에 의해 동시에 제어된다. 또한, 에너지 변환 장비는 자급자족형 충전/발광 시스템이 되기 위해 다른 에너지 변환 모드를 갖는 에너지 변환 장치들이 장착될 수 있다.
상기 예와 설명에 의해, 본 발명의 특징들 및 사상들이 바람직하게 잘 기술된다. 본 발명의 기술 분야의 당업자는, 본 발명의 요지를 유지한 채로 수많은 수정들 및 변경들이 제공됨을 알 수 있을 것이다. 따라서, 상기의 기술들은 첨부된 청구항들의 경계들 및 범위들로 제한되어 해석되지 않아야 한다.

Claims (25)

  1. 접촉부 및 평탄부를 포함하며, 상기 접촉부는 일 방향을 따라 연장된 히트 파이프;
    복수의 제1 핀들을 포함하며, 상기 제1 핀들은 상기 방향과 실질적으로 평행한 제1 방열 부재;
    상기 제1 방열 부재에 연결되어 수용 공간을 형성하는 제2 방열 부재로서, 상기 접촉부는 상기 수용 공간 내에 수용되어 상기 제1 방열 부재 및 상기 제2 방열 부재에 접촉하는 제2 방열 부재; 및
    상기 평탄부와 접촉하는 에너지 변환 부재;를 포함하며,
    상기 제1 방열 부재는 상기 방향을 따르는 제1 반쪽홈을 포함하고, 상기 제2 방열 부재는 상기 방향을 따르는 제2 반쪽홈을 포함하며, 상기 제1 반쪽홈과 상기 제2 반쪽홈이 상기 수용 공간을 형성하는 에너지 변환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 방열 부재는 상기 방향에 실질적으로 평행한 복수의 제2 핀들을 포함하는 에너지 변환 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 방열 부재는 에너지 변환 부재를 제어하는 제어 모듈 회로를 수용 하기 위한 회로 수용 공간을 포함하는 에너지 변환 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 방열 부재에 노출되며 상기 제어 모듈 회로에 전기적으로 연결되는 커넥터를 더 포함하는 에너지 변환 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2 방열 부재는, 관형 몸체, 전방 커버 및 후방 커버를 포함하며,
    상기 전방 커버와 상기 후방 커버는 상기 회로 수용 공간을 형성하기 위하여 상기 관형 몸체의 두 측면에 결합되는 에너지 변환 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방열 부재 및 상기 제2 방열 부재는 상기 접촉부를 견고하게 가압하는 에너지 변환 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 변환 부재는 에너지 변환 반도체 구조, 기판, 및 베이스를 포함하고, 상기 에너지 변환 반도체 구조는 상기 기판에 배치되며, 상기 에너지 변환 반도체 구조가 노출되도록 상기 베이스는 상기 기판에 연결되는 에너지 변환 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 에너지 변환 반도체 구조는 상기 기판 상에 형성되는 에너지 변환 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 에너지 변환 반도체 구조는 칩이며 상기 기판 상에 장착되는 에너지 변환 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 에너지 변환 반도체 구조는 발광 다이오드 반도체 구조 또는 태양 전지 반도체 구조인 에너지 변환 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 베이스는 제1 함몰부 및 상기 제1 함몰부에 연결된 제2 함몰부를 포함하며, 상기 기판은 상기 평탄부와 접촉하고 상기 제2 함몰부에 연결되며, 상기 에너지 변환 반도체 구조는 상기 제1 함몰부에 노출되는 에너지 변환 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 변환 부재는 에너지 변환 반도체 구조와 베이스를 포함하며, 상기 에너지 변환 반도체 구조는 상기 베이스에 배치되는 에너지 변환 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 베이스는 홈을 포함하며, 상기 에너지 변환 반도체 구조는 상기 홈 내에 존재하는 에너지 변환 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 에너지 변환 반도체 구조는 상기 베이스에 형성되는 에너지 변환 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 에너지 변환 반도체 구조는 칩이며 상기 베이스 상에 장착되는 에너지 변환 장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 에너지 변환 반도체 구조는 발광 다이오드 반도체 구조 또는 태양 전지 반도체 구조인 에너지 변환 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 히트 파이프에 연결되는 캐리어를 더 포함하며,
    상기 에너지 변환 부재는 상기 평탄부와 접촉하도록 상기 캐리어에 장착되는 에너지 변환 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 캐리어에 연결되는 광 조절 부재를 더 포함하는 에너지 변환 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 캐리어의 일 측면은 나사산 구조를 포함하며, 상기 광 조절 부재는 상기 나사산 구조를 통하여 상기 캐리어 상에 나사체결되는 에너지 변환 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 광 조절 부재는 후크 구조에 의해 상기 캐리어를 후킹하는 에너지 변환 장치.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 광 조절 부재는 상기 에너지 변환 부재에 바로 대향하는 렌즈 구조를 포함하는 에너지 변환 장치.
  22. 복수의 홀들을 포함하는 패널을 포함하는 프레임; 및
    상기 프레임에 배치되는 복수의 에너지 변환 장치들로서, 각각의 에너지 변환 장치가 상기 홀들 중 하나에 대응하는 복수의 에너지 변환 장치들;을 포함하는 에너지 변환 장비로서,
    상기 에너지 변환 장치는,
    접촉부 및 평탄부를 포함하며, 상기 접촉부는 일 방향을 따라 연장된 히트 파이프;
    복수의 제1 핀들을 포함하며, 상기 제1 핀들은 상기 방향과 실질적으로 평행한 제1 방열 부재;
    상기 제1 방열 부재에 연결되어 수용 공간을 형성하는 제2 방열 부재로서, 상기 접촉부는 상기 수용 공간 내에 수용되어 상기 제1 방열 부재 및 상기 제2 방열 부재에 접촉하는 제2 방열 부재; 및
    상기 평탄부와 접촉하는 에너지 변환 부재;를 포함하며,
    상기 제1 방열 부재는 상기 방향을 따르는 제1 반쪽홈을 포함하고, 상기 제2 방열 부재는 상기 방향을 따르는 제2 반쪽홈을 포함하며, 상기 제1 반쪽홈과 상기 제2 반쪽홈이 상기 수용 공간을 형성하는 에너지 변환 장비.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 에너지 변환 장치들 각각은 상기 히트 파이프에 연결되는 캐리어를 포함하며, 상기 에너지 변환 부재는 상기 평탄부와 접촉하도록 상기 캐리어에 장착되는 에너지 변환 장비.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 에너지 변환 장치들 각각은 광 조절 부재를 포함하고, 상기 캐리어는 대응하는 상기 홀에 노출되는 나사산 구조를 포함하며, 상기 광 조절 부재는 상기 나사산 구조를 통하여 상기 캐리어에 나사체결되는 에너지 변환 장비.
  25. 제22항에 있어서,
    제어 모듈 회로를 더 포함하며, 상기 제어 모듈 회로는 상기 프레임 상에 배치되며 상기 에너지 변환 장치들에 전기적으로 연결되는 에너지 변환 장비.
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