KR101285922B1 - 간접 수냉식 발광다이오드 조명기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초전도체인 히트파이프를 이용하여 발광다이오드에서 발생하는 열을 신속히 냉각탱크로 전달하여 뛰어난 냉각효과를 구현할 수 있도록 한 간접 수냉식 발광다이오드 조명기구를 제공한다.
이를 구현하기 위한 본 발명은 전력 공급원인 커넥터와 전기적으로 결합하는 소켓부와, 상기 소켓부 아래에 위치하며 내부에는 공간부가 형성된 램프부, 상기 램프부의 공간부에 위치되며 상기 소켓부에서 공급되는 전류를 인가받아 점등하는 LED가 설치된 인쇄회로기판 및 상기 소켓부와 상기 램프부 사이에 위치하며 내부에는 냉각수가 저장된 챔버가 형성되어 상기 LED에서 방출되는 열을 냉각시키는 냉각탱크를 포함하는 간접수냉식 발광다이오드 조명기구에 있어서, 상기 램프부의 공간부에는 상기 인쇄회로기판을 지지하며 상기 LED에서 상기 인쇄회로기판으로 전달된 열을 상기 냉각탱크로 전도시켜 상기 LED에서 방출되는 열을 냉각 처리하는 히트파이프가 더 설치됨을 특징으로 한다.

Description

간접 수냉식 발광다이오드 조명기구{Light Emitting Diode lamp}

본 발명은 간접 수냉식 발광다이오드 조명기구에 관련되는 것으로서, 더욱 상세하게는 초전도체인 히트파이프를 이용하여 발광다이오드에서 발생하는 열을 신속히 냉각탱크로 전달하여 뛰어난 냉각효과를 구현할 수 있도록 한 간접 수냉식 발광다이오드 조명기구에 관한 것이다.

일반적으로 조명기구는 전기에너지를 빛에너지로 변환하여 어두운 곳에서도 물체를 식별할 수 있도록 하는 외에도 최근에는 실내 장식이나 아늑한 분위기 등을 연출하기 위해서도 많이 이용되고 있다. 이러한 조명기구는 여러 가지 형태로 제조되고 있으며, 종래에는 백열등을 이용하거나 형광등을 이용한 조명 기구가 주로 사용되어 왔다.

백열등은 제조비가 저렴하지만 전기에너지를 빛에너지로 변환함에 있어서, 많은 열이 발생하게 되어 최근에는 사용이 지양되고 있고, 형광등은 백열등에 비해 에너지 전환 효율이 높아 전력 소비가 적지만 점등 시에 많은 시간이 소요되고, 수명이 짧은 문제가 있다.

한편, 근래 들어서는 발광다이오드(Light Emitting Diode)(LED)를 이용한 조명기구가 개발되어 사용되고 있다.

상기 발광다이오드는 빠른 처리 속도와 낮은 전력소모 등의 장점을 가지고 있고, 환경 친화적이면서도 에너지 절약효과가 높아서 차세대 전략제품으로 각광 받고 있다. 또한 발광다이오드를 이용한 조명기구는 종래 백열등이나 형광등에 비해 약 10 내지 15% 정도의 낮은 전력소모와 100,000 시간 이상의 반영구적인 수명, 환경 친화적인 특성을 가짐으로 인해 조명기구로서도 각광을 받고 있다.

그러나 발광다이오드에서 발생하는 열은 백열등이나 형광등에 비해 월등히 많은 양의 열이 발생하게 되는 바, 발광다이오드를 이용한 조명기구에는 이러한 열을 방열하기 위한 수단으로 방열판을 필수적으로 설치하고 있으나, 이러한 방열판만으로는 발광다이오드에서 방출되는 열을 효과적으로 방열시키기에는 미흡하다는 문제점이 있다.

따라서, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 발광다이오드에서 방출되는 열을 냉각수로 전도시키는 간접 수냉방식으로 냉각 처리토록 하여 발광다이오드에서 발생되는 열을 냉각시킬 수 있도록 한 간접 수냉식 발광다이오드 조명기구를 제공함에 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 초전도체인 히트파이프를 이용하여 발광다이오드에서 발생하는 열을 신속히 냉각탱크로 전달하여 뛰어난 냉각효과를 구현할 수 있도록 한 간접 수냉식 발광다이오드 조명기구를 제공함에 있다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 냉각탱크 내부 챔버에 위치하는 히트파이프의 선단부 둘레면을 따라 적어도 하나 이상의 방열판을 설치하여 냉각수와의 접촉면적을 넓혀 냉각효과를 더욱 높일 수 있도록 한 간접 수냉식 발광다이오드 조명기구를 제공함에 있다.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 전력 공급원인 커넥터와 전기적으로 결합하는 소켓부와, 상기 소켓부 아래에 위치하며 내부에는 공간부가 형성된 램프부, 상기 램프부의 공간부에 위치되며 상기 소켓부에서 공급되는 전류를 인가받아 점등하는 LED가 설치된 인쇄회로기판 및 상기 소켓부와 상기 램프부 사이에 위치하며 내부에는 냉각수가 저장된 챔버가 형성되어 상기 LED에서 방출되는 열을 냉각시키는 냉각탱크를 포함하는 간접수냉식 발광다이오드 조명기구에 있어서, 상기 램프부의 공간부에는 상기 인쇄회로기판을 지지하며 상기 LED에서 상기 인쇄회로기판으로 전달된 열을 상기 냉각탱크로 전도시켜 상기 LED에서 방출되는 열을 냉각 처리하는 히트파이프가 더 설치됨을 특징으로 한다.

상기 히트파이프의 선단부는 상기 냉각탱크의 내부 챔버에 위치하며 상기 챔버에 저장되어 있는 냉각수와 직접 접촉하도록 함이 바람직하다.

상기 히트파이프의 선단부 둘레에는 적어도 하나 이상의 방열판이 설치되도록 구성함이 바람직하다.

상기 냉각수가 채워지는 상기 냉각탱크의 내부 챔버 위쪽에는 팽창공간이 형성되도록 구성함이 바람직하다.

본 발명은 초전도체인 히트파이프의 외면에 발광다이오드인 LED를 장착하고, 상기 히트파이프의 선단부는 냉각탱크의 내부 챔버에 위치시켜 LED에서 발생한 열을 냉각탱크의 챔버로 신속하게 전달시켜 상기 챔버에 저장되어 있는 냉각수로 냉각 처리토록 함으로서 뛰어난 냉각효과를 구현할 수 있는 작용효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 간접 수냉식 발광다이오드 조명기구의 구성을 입체적으로 도시한 도면.
도 2는 도 1의 단면을 도시한 도면.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 후술될 상세한 설명에서는 상술한 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명에 있어 대표적인 실시 예를 제시할 것이다. 그리고 본 발명으로 제시될 수 있는 다른 실시 예들은 본 발명의 구성에서 설명으로 대체한다.

본 발명에서는 초전도체인 히트파이프의 외면에 발광다이오드인 LED를 장착하고, 상기 히트파이프의 선단부는 냉각탱크의 내부 챔버에 위치시켜 LED에서 발생한 열을 냉각탱크의 챔버로 신속하게 전달시켜 상기 챔버에 저장되어 있는 냉각수로 냉각 처리토록 함으로서 뛰어난 냉각효과를 구현할 수 있도록 한 간접 수냉식 발광다이오드 조명기구를 구현하고자 한다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 기술하기로 한다.

첨부된 도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 간접 수냉식 발광다이오드 조명기구의 구성을 입체적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 단면을 도시한 도면이다.

도 1과 도 2에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명의 간접 수냉식 발광다이오드 조명기구(100)는 크게 램프부(10)와, 소켓부(20)로 외형을 구성한다.

상기 램프부(10)는 빛이 투과될 수 있는 투명(혹은 반투명)성을 가진 재질로 제작되며 내부에는 공간부(12)가 형성되고, 상기 공간부(12)에는 발광다이오드(Light Emitting Diode)이하에서는 "LED"라 칭함)(42)가 설치된다.

상기 소켓부(20)는 외부의 전력 공급원인 커넥터(전기접속기구)에 체결되며 상기 램프부(10)의 공간부(12)에 설치되는 LED(42)로 전류를 인가하게 된다.

상기 램프부(10)와 상기 소켓부(20)의 사이에는 냉각탱크(30)가 설치된다. 상기 냉각탱크(30)는 LED(42)에서 방출되는 열이 인쇄회로기판(40)으로 전해질 때, 상기 인쇄회로기판(40)으로 전해진 열을 내부 챔버(32)에 채워져 있는 냉각수(34)로 냉각시키게 된다. 상기 램프부(10)의 재질로는 투명성 혹은 반투명성을 가진 유리 또는 플라스틱등의 재질로 성형하고, 또한 빛을 확산할 수 있는 구조로 제작함이 바람직할 것이다.

상기 냉각탱크(30)의 둘레면에는 적어도 하나 이상의 방열판(36)이 설치된다. 상기 방열판(36)은 외부 공기와 접촉하며 상기 인쇄회로기판(40)에서 전해진 열에 의해 데워진 냉각탱크(30)의 냉각수를 열교환시켜 냉각수의 열을 외부로 방출하게 된다. 상기한 냉각탱크(30)의 재질로는 알루미늄이나 구리, 스틸 또는 고방열플라스틱중에서 어느 하나의 재질로 성형함이 바람직하다.

한편, 냉각수(34)가 채워지는 냉각탱크(30)의 내부 챔버(32) 위쪽에는 팽창공간(33)이 형성되도록 하며, 상기 팽창공간(33)은 겨울철 낮은 기온에 의해 냉각수(34)가 결빙될 때, 냉각수(34)의 부피 팽창에 따른 냉각탱크(30)의 파손을 방지토록 하기 위함이다.

특히, 냉각탱크(30)의 챔버(32)에 팽창공간(33)을 형성할 경우, 냉각수(34)가 히트파이프(50)에서 전도되는 열을 냉각하는 과정에서 냉각수(34)는 열교환되어 끓어오르며 증발이 일어나게 되는 데, 이때 냉각수가 기화하여 기체로 될 때 주변의 열을 흡수하는 증발잠열이 일어나 냉각탱크(30)의 냉각효과를 더욱 효과적으로 구현시킬 수 있다.

상기 LED(Light Emitting Diode)(42)는 인쇄회로기판(40)에 전기적으로 접속된 상태로 지지되는 데, 상기 인쇄회로기판(40)은 램프부(10)의 내부 공간부(12)에 위치한 상태에서 전술한 소켓부(20)와 전선(미 도시 함)으로 연결 구성하여, 상기 소켓부(20)로부터 공급되는 전류를 상기 전선을 통해 LED(42)로 공급하게 된다.

한편, 상기 램프부(10)의 내부 공간부에는 초전도체인 히트파이프(50)가 설치된다. 상기 히트파이프(50)의 외면에는 LED(42)가 설치되어 있는 인쇄회로기판(40)이 부착된다. 상기한 히트파이프(50)는 상기 LED(42)에서 방출되는 열이 인쇄회로기판(40)으로 전해질 때, 상기 인쇄회로기판(40)으로 전해진 열을 냉각탱크(30)로 전도시켜 냉각시킬 목적으로 제공되는 수단이다.

즉, 히트파이프(50)는 밀폐된 용기 내에 작동 유체를 주입한 후, 진공 배기한 것인데, 한쪽 끝을 가열하면 내부의 작동유체가 기화되어 압력차에 의해 다른 쪽으로 이동하고 주변으로 열을 방출한 후, 다시 응축의 과정을 거쳐 가열부로 귀환하는 구조로 된 열전달 기구로서, 그 구조는 속이 빈 금속 파이프의 내부에 소량의 작동유체(증류수, 아세톤, 에탄올, 메탄올 등)를 주입하고 진공에 가까운 상태로 압력을 낮추어 봉합한 것으로, 작동유체의 기화와 액화에 의한 잠열에 의하여 열을 전달하므로 많은 양의 열을 빠르게 전달할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 히트파이프(50)는 그 단면이 다각 형태, 바람직하게는 삼각 형태의 단면을 가지는 다각파이프 형태로 제작함이 바람직하다. 또한 본 발명에서 제작되는 히트파이프(50)는 다양한 재질로 제작할 수 있으나, 열전도성이 우수한 구리나 알루미늄 또는 CNT 중에서 어느 하나의 재질로 성형함이 바람직할 것이다.

상기한 구조로 제작된 히트파이프(50)는 램프부(10)의 내부 공간부(12)에 위치한 상태에서 외면에는 상기 LED(42)가 설치되어 있는 인쇄회로기판(40)이 부착되어 지고, 그 선단부(52)는 램프부(10)와 소켓부(20) 사이에 위치하고 있는 냉각탱크(30)를 관통하여 상기 냉각탱크(30)의 내부 챔버(32)에 위치하도록 한다. 이때 히트파이프(50)의 선단부(52)를 냉각탱크(30)의 챔버(32)로 삽입되도록 위치 구성한 것은 히트파이프(50)의 선단부(52)가 냉각탱크(30)의 챔버(32)에 저장되어 있는 냉각수(34)와 직접적인 접촉이 일어나도록 하여 히트파이프(50)의 선단부(52)로 전도된 열을 보다 신속하게 냉각할 수 있도록 하기 위함이다.

상기 히트파이프(50)의 선단부(52)가 냉각탱크(30)의 챔버(32)에 삽입될 때, 히트파이프(50)와 냉각탱크(30)의 접촉면은 용접(W) 접합하여 기밀성을 가질 수 있도록 함이 바람직하다.

상기한 히트파이프(50)는 LED(42)에서 방출되는 열이 인쇄회로기판(40)을 가열하면 상기 인쇄회로기판(40)이 부착되어 있는 히트파이프(50)는 인쇄회로기판(40)에서 전해진 열을 냉각탱크(30)의 내부 챔버(32)에 위치하고 있는 히트파이프(50)의 선단부(52)로 신속하게 전도시키게 되고, 이에 따라 히트파이프(50)의 선단부(52)로 전도된 열은 냉각탱크(30)의 챔버(32)에 저장되어 있는 냉각수에 의해 냉각 처리되며, 이러한 작용이 계속적으로 이루어지며 LED(42)에서 발산되는 열에 의해 인쇄회로기판(40)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

상기 냉각탱크(30)의 챔버(32)에 위치하는 상기 히트파이프(50)의 선단부(52) 둘레에는 적어도 하나 이상의 방열판(54)을 더 형성한다. 상기 방열판(54)은 히프파이프(50)와 냉각수(34)의 접촉면적을 넓혀 히트파이프(50) 선단부(52)로 전도된 열을 보다 신속하게 냉각할 목적으로 제공된다.

한편, 본 발명에서는 열전도체로서 히트파이프(50)를 대표적으로 기술하였으나, 필요에 따라서는 알루미늄판이나 구리판 혹은 세라믹판 중에서 어느 하나로 대체하여 사용할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 간접 수냉식 발광다이오드 조명기구의 작용을 첨부된 도 1과 도 2를 참조하여 기술하기로 한다.

본 발명의 간접 수냉식 발광다이오드 조명기구(100)의 조립은 히트파이프(50)의 외면에 LED(42)가 설치되어 있는 인쇄회로기판(40)을 부착한 다음, 상기 히트파이프(50)의 선단부(52)가 냉각탱크(30)의 챔버(32) 내부에 위치하도록 조립하고, 상기 히트파이프(50)가 조립된 냉각탱크(30)를 램프부(10)와 소켓부(20) 사이에 위치시킨 상태에서 이들을 서로 접합 고정하도록 한다. 이때 인쇄회로기판(40)은 냉각탱크(30) 위쪽에 설치된 소켓부(20)와 도시하지 않은 전선으로 연결 구성되어, 상기 소켓부(20)로 공급되는 전류를 인가받아 LED(42)를 점등시키게 된다.

상기와 같이 제작된 간접 수냉식 발광다이오드 조명기구(100)를 사용할 때에는 소켓부(20)를 외부의 커넥터에 체결한 상태에서 상기 커넥터로 전류를 인가하게 되면 전류는 소켓부(20)와 전선으로 연결되어 있는 인쇄회로기판(40)으로 공급되어, 상기 인쇄회로기판(40)에 설치되어 있는 LED(42)를 발광시키게 된다. 이때 LED(42)들은 발광하는 과정에서 다량의 열을 발산하게 되는 데, 발산되는 열은 히트파이프(50)의 전도성을 통해 신속하게 제거되어 진다.

즉, LED(42)에서 방출되는 열이 인쇄회로기판(40)을 가열하면 상기 인쇄회로기판(40)이 부착되어 있는 히트파이프(50)는 인쇄회로기판(40)에서 전해진 열을 냉각탱크(30)의 내부 챔버(32)에 위치하고 있는 히트파이프(50)의 선단부(52)로 신속하게 전도시키게 되고, 이에 따라 히트파이프(50)의 선단부(52)로 전도된 열은 냉각탱크(30)의 챔버(32)에 저장되어 있는 냉각수(34)에 의해 냉각 처리되며, 이러한 작용이 계속적으로 이루어지며 LED(42)에서 발산되는 열을 제거할 수 있게 되는 것이다.

더욱이 냉각탱크(30)의 챔버(32)에 위치하는 상기 히트파이프(50)의 선단부 (52) 둘레에 형성되어 있는 방열판(54)을 통해 히프파이프(50) 선단부(52)는 냉각수(34)와의 접촉면적을 넓힐 수 있으며, 따라서 히트파이프(50) 선단부(52)로 전도되는 열을 보다 신속하게 냉각할 수 있게 된다.

10: 램프부 20: 소켓부
30: 냉각탱크 32: 챔버
34: 냉각수 40: 인쇄회로기판
42: LED(Light Emitting Diode) 50: 히트파이프
52: 선단부 54: 방열판

Claims (4)

1. 전력 공급원인 커넥터와 전기적으로 결합하는 소켓부(20)와, 상기 소켓부(20) 아래에 위치하며 내부에는 공간부(12)가 형성된 램프부(10), 상기 램프부(10)의 공간부(12)에 위치되며 상기 소켓부(20)에서 공급되는 전류를 인가받아 점등하는 LED(42)가 설치된 인쇄회로기판(40) 및 상기 소켓부(20)와 상기 램프부 (10) 사이에 위치하며 내부에는 냉각수(34)가 저장된 챔버(32)가 형성되어 상기 LED(42)에서 방출되는 열을 냉각시키는 냉각탱크(30)를 포함하는 간접수냉식 발광다이오드 조명기구에 있어서,
   상기 램프부(10)의 공간부(12)에는 상기 인쇄회로기판(40)을 지지하며 상기 LED(42)에서 상기 인쇄회로기판(40)으로 전달된 열을 상기 냉각탱크(30)로 전도시켜 상기 LED(42)에서 방출되는 열을 냉각 처리하는 히트파이프(50)가 더 설치됨을 특징으로 하는 간접수냉식 발광다이오드 조명기구.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 히트파이프(50)의 선단부(52)는 상기 냉각탱크(30)의 내부 챔버(32)에 위치하며 상기 챔버(32)에 저장되어 있는 냉각수(34)와 직접 접촉하도록 함을 특징으로 하는 간접수냉식 발광다이오드 조명기구.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 히트파이프(50)의 선단부(52) 둘레에는 적어도 하나 이상의 방열판(54)이 설치됨을 특징으로 하는 간접수냉식 발광다이오드 조명기구.
   
4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 냉각수(34)가 채워지는 상기 냉각탱크(30)의 내부 챔버(32) 위쪽에는 팽창공간(33)이 형성되도록 함을 특징으로 하는 간접수냉식 발광다이오드 조명기구.
   

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