KR101124644B1 - 방열 유닛 및 이를 이용하는 식물 배양기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인공 광원인 LED 모듈에서 발생되는 열의 방출 효율을 극대화시키는 방열 유닛 및 이를 이용하는 식물 배양기에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 대한 방열 유닛은 식물을 배양시키는 배양기에 인공 광원으로 사용되는 발광 다이오드 모듈에서 발생되는 열을 배양기 외부로 방출시키는 방열 유닛에 있어서, 일단부가 상기 발광 다이오드 모듈의 후면에 접촉되는 적어도 하나의 히트 파이프와; 상기 히트 파이프의 타단부에 접촉되어 상기 히트 파이프의 일단부에서 타단부로 전달된 열을 방출시키는 열방출 수단을 포함한다.

LED, 발광 다이오드, 식물 배양, 인공 광원, 히트 파이프, 방열

Description

방열 유닛 및 이를 이용하는 식물 배양기{Dissipating unit and Device for growth plant using thereof}

본 발명은 방열 유닛 및 이를 이용하는 식물 배양기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인공광원인 LED 모듈에서 발생되는 열의 방출 효율을 극대화시키는 방열 유닛 및 이를 이용하는 식물 배양기에 관한 것이다.

식물 배양기는 식물의 재배 효율 및 식물의 성장 시기 등을 조절하기 위한 목적으로 인공 광원을 갖추고 있다.

일반적으로 식물 배양기용 인공 광원은 형광등, 메탈등, 수은등, 백열등 등이 이용되고 있었다. 하지만, 식물들의 성장에 유익한 광 파장대는 660nm(적색) 부근과 450nm(청색) 부근인 것으로 알려져 있는 반면에, 전술된 인공 광원에서 발생되는 광은 주로 식물의 성장에 불필요한 파장대를 갖는다. 예를 들어 형광등은 600nm 정도의 파장대를 갖는다. 이에 따라 전술된 인공 광원을 사용하는 경우에 인공 광원 작동율 대비 식물의 성장 효율이 낮은 단점이 있었다.

특히, 형광등을 제외한 대부분의 광원은 열선을 함유하고 있기 때문에 광원에서 발생되는 열에 의해 배양기 내부의 온도가 상승되는 문제가 있었고, 이에 따라 상승되는 배양기 내부의 온도를 일정하기 유지시키기 위하여 별도로 배양기 내의 온도 제어기를 운용해야 하는 단점이 있었다.

또한, 전술된 인공 광원은 전면으로 열방사가 일어나기 때문에 식물 성장에 영향을 주므로 근접조사가 불가능한 단점이 있었다.

그래서 최근에는 식물들의 성장에 유익한 광 파장대와 유사한 파장의 광이 발생되고, 전면 열방사가 거의 일어나지 않는 발광 다이오드 조명을 인공 광원으로 사용하고 있는 실정이다.

하지만, 발광 다이오드 조명은 전면 열방사가 비교적 일어나지는 않는 장점은 있지만, 발광 다이오드 칩에서 발생되는 열이 다른 조명에 비하여 상대적으로 많아 열적 손상에 의한 조명의 수명 단축, 컬러 변화, 조도 및 휘도 저하와 같은 문제점이 발생 된다.

이에 따라 발광 다이오드 조명을 사용하는 경우에는 발광 다이오드 칩에서 발생되는 열의 효율적인 방출에 대한 대책이 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 히트 파이프 및 히트 파이프의 열 방출을 향상시키는 수단을 사용하여 식물 배양기에 인공 광원으로 사용되는 LED 조명의 방열 효율를 극대화할 수 있는 발광 다이오드 모듈의 방열 유닛 및 이를 이용하는 식물 배양기를 제공한다.

또한, 열 방출이 신속하게 이루어짐에 따라 다수의 발광 다이오드 모듈을 식물에 근접 배치할 수 있어 식물의 성장을 촉진시킬 수 있는 식물 배양기를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 대한 발광 다이오드 모듈의 방열 유닛은 식물을 배양시키는 배양기에 인공 광원으로 사용되는 발광 다이오드 모듈에서 발생되는 열을 배양기 외부로 방출시키는 방열 유닛에 있어서, 일단부가 상기 발광 다이오드 모듈의 후면에 접촉되는 적어도 하나의 히트 파이프와; 상기 히트 파이프의 타단부에 접촉되어 상기 히트 파이프의 일단부에서 타단부로 전달된 열을 방출시키는 열방출 수단을 포함한다.

이때 상기 열방출 수단은 방열핀, 순환냉매 및 방열판 중 어느 하나 또는 다수인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 대한 식물 배양기는 식물이 배양되는 배양 공간을 갖 는 배양 챔버와; 상기 배양 챔버의 배양 공간 상부에 배치되어 전면 또는 측면으로 빛이 발광되는 적어도 하나의 발광 다이오드 모듈과; 일단부가 상기 발광 다이오드 모듈의 후면에 접촉되는 적어도 하나의 히트 파이프와; 상기 배양 챔버의 벽면 또는 외부에 구비되고 상기 히트 파이프의 타단부에 접촉되어 상기 히트 파이프의 일단부에서 타단부로 전달된 열을 방출시키는 열방출 수단을 포함한다.

이때 상기 열방출 수단은 방열핀, 순환냉매 및 방열판 중 어느 하나 또는 다수인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 히트 파이프의 타단부는 상기 배양 챔버의 벽면을 관통하여 배양 챔버의 외부로 노출되고, 상기 방열핀 또는 방열판이 상기 배양 챔버의 외부에 구비되어 상기 히트 파이프의 타단부에 접촉되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배양 챔버의 벽면 내부에는 순환냉매가 유동되는 순환냉매 유로관이 구비되고, 상기 히트 파이프의 타단부는 상기 순환냉매 유로관의 외주면에 접촉되어 상기 순환냉매와 간접적으로 접촉되거나, 상기 순환냉매 유로관의 내부에 인입되어 상기 순환냉매와 직접적으로 접촉되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 히트 파이프를 이용하여 LED 조명의 열 방출을 극대화시키에 따라 LED 조명의 발광 효율을 장기간 동안 양호한 상태로 유지시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 히트 파이프와 더불어 히트 파이프의 열을 방출시키는 수단을 더 구비 하여 히트 파이프의 수명 및 열전달 성능을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 발광 다이오드 모듈에서 발생되는 열을 신속하게 효과적으로 방출할 수 있기 때문에 발광 다이오드 모듈을 동일한 공간 내에 더 많이 배치하거나, 식물에 근접배치할 수 있어 식물의 성장을 촉진시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 배양기를 보여주는 단면 개념도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 식물 배양기를 보여주는 단면 개념도이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 식물 배양기의 변형예를 보여주는 단면 개념도이고, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 식물 배양기를 보여주는 단면 개념도이며, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 식물 배양기의 변형예를 보여주는 단면 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 제 1 실시예에 따른 식물 배양기는 배양 챔버(100), 발광 다이오드 모듈(200) 및 방열 유닛을 포함한다.

배양 챔버(100)는 식물이 배양되는 배양 공간을 갖는 함체로서, 예를 들어 본 실시예에서는 바닥면, 측벽 및 천정면을 갖는 함체로 구성되었다. 상기 배양 챔버(100)는 배양 공간의 온도와 습도 조절이 가능하도록 형성되는 것이 바람직하고, 배양 챔버(100)의 일부에는 식물의 출입을 위한 게이트(미도시)가 마련될 수 있다.

발광 다이오드 모듈(200)은 발광 다이오드 칩(220)의 발광에 의해 상기 배양 챔버(100)의 배양 공간에 광을 제공하는 수단으로서, 기판(210)과 상기 기판(210) 상에 실장되는 적어도 하나 이상의 발광 다이오드 칩(220)을 포함한다. 그리고, 상기 발광 다이오드 칩(220)을 덮어서 보호하는 몰딩부(미도시) 및 발광 다이오드 칩(220)에서 발광되는 광의 파장을 변환시키는 형광체 분말 또는 형광필름과 같은 파장 변환 수단(미도시)이 더 포함될 있다.

발광 다이오드 칩(220)은 예를 들어 반도체 PN 접합 다이오드를 사용할 수 있다. 반도체 PN 접합 다이오드는 P, N 반도체를 접합한 뒤, 전압을 가해주면, P형 반도체의 정공은 N형 반도체 쪽으로 가서 가운데층으로 모이며, 이와는 반대로 N형 반도체의 전자는 P형 반도체 쪽으로 가서 전도대(conduction band)의 가장 낮은 곳인 가운데층으로 모인다. 이 전자들은 가전대(valence band)의 정공으로 자연스럽게 떨어지며, 이 때 전도대와 가전대의 높이 차이 즉, 에너지 갭에 해당하는 만큼의 에너지를 발산하는데, 이 에너지가 빛의 형태로 방출된다. 이외에도 여러 가지 발광 방식의 발광 다이오드 칩을 사용할 수 있다. 또한, 발광 다이오드 칩은 다양한 파장을 갖는 광을 방출시킬 수 있으며, 이를 위하여, 예를 들면 질화물계 발광 다이오드에서 활성층으로 사용되는 인듐(In) 함유량을 조절하거나, 서로 다른 파장 을 갖는 광을 방출하는 발광 다이오드를 조합할 수 있다. 본 실시예에서는 식물 성장에 유익한 효과를 주는 660nm 또는 450nm의 파장대 광을 발생하는 적색 또는 청색 발광 다이오드 칩을 사용하는 것이 바람직하다.

방열 유닛은 상기 발광 다이오드 모듈(200)의 후면에 접촉되어 발광 다이오드 모듈(200)의 후면 열방사를 극대화시키는 수단으로서, 적어도 하나 이상 구비되어 몸체의 일단부가 상기 발광 다이오드 모듈(200)의 후면에 접촉되는 히트 파이프(300)와, 상기 히트 파이프(300)의 타단부 접촉되어 상기 히트 파이프(300)의 일단부에서 타단부로 전달된 열을 방출시키는 열방출 수단을 포함한다.

상기 히트 파이프(300)는 별도의 동력 없이도 열전달을 신속하면서도 효과적으로 전달하는 수단으로서, 예를 들어 금속 파이프 안쪽에 유리 섬유 등의 심재를 구비하고, 열 매체로 쓰일 휘발성 액체를 넣은 다음, 금속 파이프 내부의 공기를 빼서 제조된다. 이러한 히트 파이프(300)는 일단부에 열을 가하면 열 매체가 기화되어 열에너지를 가진 채로 히트 파이프(300)의 타단부로 이동되고, 기화된 열 매체가 다시 액화되면서 열교환 작용이 신속하게 이루어지게 되는 것이다.

상기 열방출 수단은 상기 히트 파이프(300)의 타단부에서 이루어지는 열교환 작용이 보다 신속하면서 효율적으로 이루어지도록 하는 수단으로서, 본 실시예에서는 열방출 수단으로 공냉방식이 적용되는 다수의 방열핀(400)을 사용하였다.

상기 방열핀(400)은 상기 히트 파이프(300)의 타단부가 공기와 접촉되는 면적을 향상시켜 열교환이 활발하게 이루어지도록 한다. 따라서, 상기 방열핀은 열전단율이 좋은 금속 재료, 예를 들어 알루미늄으로 제조되는 것이 바람직하다.

그래서, 상기 발광 다이오드 모듈(200)에서 발생된 열이 히트 파이프(300)의 일단부를 통해 히트 파이프(300)의 타단부로 신속하게 전달되고, 히트 파이프(300)의 타단부로 전달된 열이 방열핀(400)으로 전달됨에 따라 공기 중으로 빠르게 방출되면서 히트 파이프(300)의 타단부에서 열교환 작용이 신속하게 이루어지는 것이다.

한편, 열방출 수단은 전술된 방열핀(400)에 제한되지 않고, 히트 파이프(300)에 전달된 열을 신속하게 방출시키는 다양한 방식이 적용되어 실시될 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 식물 배양기는 열방출 수단으로 공냉방식이 적용되는 방열판(600)을 사용하였다.

배양 챔버(100), 발광 다이오드 모듈(200) 및 히트 파이프(300)는 전술된 제 1 실시예에서 상세하게 설명되었는바 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

상기 방열판(600)은 상기 배양 챔버(100)의 천정면 상부에 구비된다. 그래서, 히트 파이프(300)의 타단부가 배양 챔버(100)의 외부로 노출되지 않고, 상기 배양 챔버(100)의 천정까지만 연장되고, 그 단부가 상기 방열판(600)에 접촉된다.

상기 방열판(600)은 제 1 실시예의 방열핀(400)과 마찬가지로 상기 히트 파이프(300)의 타단부가 공기와 접촉되는 면적을 향상시켜 열교환이 활발하게 이루어지도록 한다. 따라서, 상기 방열판(600)은 제 1 실시예의 방열핀과 마찬가지로 열전단율이 좋은 금속 재료, 예를 들어 알루미늄으로 제조되는 것이 바람직하다.

그래서, 상기 발광 다이오드 모듈(200)에서 발생된 열이 히트 파이프(300)의 일단부를 통해 히트 파이프(300)의 타단부로 신속하게 전달되고, 히트 파이프(300)의 타단부로 전달된 열이 방열판(600)으로 전달되어 공기 중으로 빠르게 방출되면서 히트 파이프(300)의 타단부에서 열교환 작용이 신속하게 이루어지는 것이다.

또한, 히트 파이프(300)의 타단부가 방열판(600)에 접촉되는 면적을 향상시키기 위하여 제 1 실시예와 같이 히트 파이프(300)의 타단부를 배양 챔버(100)의 외부로 노출시킬 수 있다.

도 3을 참조하면, 방열판(600)이 상기 배양 챔버(100)의 천정면에서 이격되어 구비된다. 그리고, 히트 파이프(300)의 타단부가 배양 챔버(100)의 외부로 노출되고, 노출된 부분의 대부분이 방열판(600)에 접촉된다. 이렇게 히트 파이프(300)와 방열판(600)의 접촉 면적이 넓어짐에 따라 히트 파이프(300)의 타단부에서 이루어지는 열교환 작용이 보다 신속하게 이루어지는 것이다.

한편, 열방출 수단은 전술된 제 1 및 제 2 실시예와 같이 공냉방식에 제한되지 않고 수냉방식이 적용되어 실시될 수 있다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 식물 배양기는 열방출 수단으로 수냉방식이 적용되는 순환냉매(500)를 사용하였다.

배양 챔버(100), 발광 다이오드 모듈(200) 및 히트 파이프(300)는 전술된 제 1 실시예 및 제 2 실시예에서 상세하게 설명되었는바 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

다만, 상기 배양 챔버(100)의 천정면 내부에는 순환냉매(500)가 유동되는 순환냉매 유로관(510)이 구비된다. 그래서, 일단부가 상기 발광 다이오드 모듈(200)의 후면에 접촉되는 히트 파이프(300)의 타단부가 상기 순환냉매 유로관(510)의 외주면에 접촉되어 상기 순환냉매(500)와 간접적으로 접촉되도록 구비된다.

그러면, 상기 발광 다이오드 모듈(200)에서 발생된 열이 히트 파이프(300)의 일단부를 통해 히트 파이프(300)의 타단부로 신속하게 전달되고, 히트 파이프(300)의 타단부로 전달된 열이 순환냉매 유로관(510)의 외주면을 통하여 순환냉매(500)로 빠르게 방출되면서 히트 파이프(300)의 타단부에서 열교환이 신속하게 이루어지는 것이다.

또한, 히트 파이프(300)의 타단부가 순환냉매 유로관(510)의 외주면에 접촉되어 히트 파이프(300)와 순환냉매(500)가 간접적으로 접촉되는 것에 한정되지 않고, 히트 파이프(300)와 순환냉매(500)를 직접적으로 접촉시킬 수도 있다.

도 5을 참조하면, 제 3 실시예의 변형예에 따른 식물 배양기는 히트 파이프(300)의 타단부가 상기 순환냉매 유로관(510)의 내부에 인입되어 구비된다. 그래서, 상기 히트 파이프(300)의 타단부가 상기 순환냉매(500)와 직접 접촉됨에 따라 히트 파이프(300)의 타단부에서 이루어지는 열교환의 효율을 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 방열 유닛 및 식물 배양기의 예시적인 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물 배양기를 보여주는 단면 개념도이고,

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 식물 배양기를 보여주는 단면 개념도이며,

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 식물 배양기의 변형예를 보여주는 단면 개념도이고,

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 식물 배양기를 보여주는 단면 개념도이며,

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 식물 배양기의 변형예를 보여주는 단면 개념도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 배양 챔버 200: 발광 다이오드 모듈

300: 히트 파이프 400: 방열핀

500: 순환냉매 510: 순환냉매 유로

600: 방열판

Claims (6)

1. 삭제
2. 삭제
3. 식물이 배양되는 배양 공간을 갖는 배양 챔버와;

   상기 배양 챔버의 배양 공간 상부에 배치되어 전면 또는 측면으로 빛이 발광되는 적어도 하나의 발광 다이오드 모듈과;

   일단부가 상기 발광 다이오드 모듈의 후면에 접촉되는 적어도 하나의 히트 파이프와;

   일단부가 상기 배양 챔버 내부의 발광 다이오드 모듈의 후면에 접촉되며, 상기 배양 챔버를 관통한 타단부가 상기 배양 챔버의 외부벽과 이격되어 위치하는 적어도 하나의 히트 파이프와;

   상기 배양 챔버의 벽면 또는 외부에 구비되고 상기 히트 파이프의 타단부에 접촉되어 상기 히트 파이프의 일단부에서 타단부로 전달된 열을 방출시키는 열방출 수단을 포함하는 식물 배양기.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 열방출 수단은 방열핀, 순환냉매 및 방열판 중 어느 하나 또는 다수인 식물 배양기.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 히트 파이프의 타단부는 상기 배양 챔버의 벽면을 관통하여 배양 챔버의 외부로 노출되고,

   상기 방열핀 또는 방열판이 상기 배양 챔버의 외부에 구비되어 상기 히트 파이프의 타단부에 접촉되는 식물 배양기.
6. 청구항 4에 있어서,

   상기 배양 챔버의 벽면 내부에는 순환냉매가 유동되는 순환냉매 유로관이 구비되고,

   상기 히트 파이프의 타단부는 상기 순환냉매 유로관의 외주면에 접촉되어 상기 순환냉매와 간접적으로 접촉되거나, 상기 순환냉매 유로관의 내부에 인입되어 상기 순환냉매와 직접적으로 접촉되는 식물 배양기.

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