KR101288623B1 - 조명기기용 냉각 장치 - Google Patents

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KR101288623B1
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김대영
최인성
박성호
한재섭
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주식회사 엠티티
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Abstract

본 발명은 조명기기용 냉각 장치에 관한 것으로서, 상기 조명기기용 냉각 장치의 한 예는 적어도 하나의 광원부를 구비한 광원 모듈, 상기 광원 모듈 위에 위치하여 상기 광원 모듈과 접해 있는 기판, 상기 광원 모듈과 상기 기판 사이에 위치하고 제2 방향으로 뻗어 있는 히트 파이프, 그리고 상기 히트 파이프에 상기 제2 방향으로 서로 이격되게 연결되어 있는 복수의 방열판을 포함한다. 상기 기판은 상기 방열판 쪽으로 돌출되어 있는 돌출부, 상기 돌출부의 양 단에 위치하고 상기 기판을 관통하는 복수의 개구부, 그리고 상기 돌출부와 복수의 개구부에 인접해 있는 평탄부를 구비하고, 상기 히트 파이프는 상기 돌출부와 상기 광원 모듈 사이에서 상기 광원 모듈과 접하게 위치하고 상기 복수의 개구부를 관통해 상기 제2 방향으로 뻗어 있다. 이로 인해, 히트 파이프가 열을 발산하는 광원 모듈과 직접 접해 있으므로, 히트 파이프로 전달되는 열의 양이 증가하여 방열판에 의해 발생되는 열의 양이 증가한다. 이로 인해, 광원 모듈의 열 발산 효과가 향상된다.

Description

조명기기용 냉각 장치{COOLING APPARATUS FOR LIGHTING EQUIPMENT}
본 발명은 조명기기용 냉각 장치에 관한 것이다.
최근, 각종 조명 기기의 광원으로 발광 다이오드(light emitting diode)가 각광을 받고 있으며, 이러한 발광 다이오드는 백열등이나 형광등과 같은 종래의 조명 기기의 광원에 비해 소비 전력이 적고, 내구성이 우수하며, 수명이 긴 장점들을 갖는다.
아울러 발광 다이오드를 이용한 조명등은 형광등과 같은 수은이나 방전용 가스를 사용하지 않으므로 환경 오염 문제를 유발하지 않는 장점을 가진다.
이러한 발광 다이오드는 적절한 방열 수단을 제공할 경우, 약 10만 시간 이상 사용할 수 있다.
그러나, 모든 광원은 시간이 지날수록 광 출력이 점점 감소하고, 초기 광도의 80％까지는 사람이 잘 인지하지 못하므로, 이러한 기준에 의하면, 발광 다이오드를 이용한 조명기기의 수명은 약 4만 내지 5만 시간으로 예상된다.
따라서, 백열등의 1,500시간, 형광등의 1만여 시간에 비하면, 발광 다이오드의 수명은 상대적으로 매우 길다고 평가된다.
이러한 고출력의 조명기기에서 발생되는 발열문제를 해소하기 위해 조명기기에서 발생한 열을 외부로 배출하기 위한 공냉식 방열판이 이용된다.
발광 다이오드를 이용한 조명기기는 발광 다이오드를 구비한 광원 모듈을 지지하는 기판을 구비하고 있고, 기판에 공냉식 방열판이 연결되어 광원 모듈에서 발생한 열을 방열판을 통하여 외부로 배출한다.
하지만, 광원 모듈에서 발생한 열의 일부가 공냉식 방열판으로 이동하는 동안 열전도 손실이 발생하며, 이는 광원 모듈의 열 발산 효과가 감소하는 문제를 발생시킨다.
또한, 광원 모듈과 기판이 연결되어 있으므로, 기판으로 전달된 열이 열의 포화현상으로 역으로 광원 모듈에 악영향을 미치게 되는 문제 또한 발생한다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 조명기기의 냉각 효율을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 조명기기용 냉각 장치는 적어도 하나의 광원부를 구비한 광원 모듈, 상기 광원 모듈 위에 위치하여 상기 광원 모듈과 접해 있는 기판, 상기 광원 모듈과 상기 기판 사이에 위치하고 상기 광원 모듈의 반대 방향으로 뻗어 있는 히트 파이프, 그리고 2 방향으로 서로 이격되게 상기 히트 파이프에 연결되어 있는 복수의 방열판을 포함하고, 상기 기판은 상기 방열판 쪽으로 돌출되어 있는 돌출부, 상기 돌출부의 양 단에 위치하고 상기 기판을 관통하는 복수의 개구부, 그리고 상기 돌출부와 복수의 개구부에 인접해 있는 평탄부를 구비하며, 상기 히트 파이프는 상기 돌출부와 상기 광원 모듈 사이에서 상기 광원 모듈과 접하게 위치하고 상기 복수의 개구부를 관통해 상기 광원 모듈의 반대 방향으로 뻗어 있다.
상기 히트 파이프는 상기 제2 방향과 교차하는 제3 방향으로 뻗어 있는 제1 부분과 상기 제1 부분의 양단에 각각 연결되어 있고 상기 광원 모듈의 반대 방향으로 뻗어 있는 제2 부분을 포함하고, 상기 제1 부분은 상기 돌출부와 상기 광원 모듈 사이에서 상기 광원 모듈과 접하게 위치하고, 상기 제2 부분은 상기 개구부를 관통해 상기 광원 모듈의 반대 방향으로 뻗어 있는 것이 좋다.
상기 돌출부는 상기 제1 부분과 동일한 방향으로 뻗어 있고, 상기 돌출부의 상부면의 높이는 상기 평탄부의 상부면의 높이보다 높고 상기 돌출부의 하부면의 높이는 상기 평탄부의 하부면의 높이보다 높으며, 상기 돌출부의 상기 하부면과 상기 광원 모듈 사이에 상기 히트 파이프의 상기 제1 부분이 위치할 수 있다.
상기 기판의 두께는 상기 히트 파이프의 직경보다 작은 것이 좋다.
상기 기판의 두께는 2mm 내지 5mm일 수 있다.
상기 복수의 방열판 각각은, 제3 방향과 교차하는 제1 방향으로 이격되어 있는 복수의 방열 가지를 구비한 중앙 방열부, 상기 중앙 방열부 양단에 각각 위치하고 상기 히트 파이프의 상기 제2 부분과 연결되어 있는 제1 및 제2 파이프 결합부, 그리고 상기 제1 및 제2 파이프 결합부와 각각 연결되어 있는 제1 및 제2 가장자리 방열부를 포함할 수 있다.
상기 복수의 방열 가지 각각은 평판 형상을 갖고 있고 상기 제1 및 제2 파이프 결합부를 기준으로 비틀어져 있을 수 있다.
상기 복수의 방열 가지 각각의 비틀림 각도는 60도 내지 90도일 수 있다.
상기 제1 방향으로 인접한 두 방열 가지 사이의 거리는 5㎜ 내지 10㎜일 수 있다.
상기 제1 및 제2 파이프 결합부 각각은 상기 제1 및 제2 파이프 결합부 각각을 관통하는 개구부를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 가장자리 방열부 각각은 상기 제1 방향으로 이격되어 있는 복수의 방열 가지를 구비하고, 상기 복수의 방열 가지 각각은 평판 형상을 갖고 있고 상기 제1 및 제2 파이프 결합부를 기준으로 비틀어져 있을 수 있다.
상기 제1 및 제2 가장자리 방열부 각각에서, 상기 제1 방향으로 인접한 두 방열 가지 사이의 거리는 5㎜ 내지 10㎜일 수 있다.
상기 제1 및 제2 가장자리 방열부 각각에서, 상기 복수의 방열 가지 각각의 비틀림 각도는 60도 내지 90도일 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 히트 파이프가 열을 발산하는 광원 모듈과 직접 접해 있으므로, 히트 파이프로 전달되는 열의 양이 증가하여 방열판에 의해 발생되는 열의 양이 증가한다. 이로 인해, 조명 기기의 열 발산 효과가 향상된다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 조명기기용 냉각 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 히트 파이프에 삽입된 냉각판의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 조명 기기용 냉각 장치에서 히트 파이프, 기판, 광원 모듈 및 덮개에 대한 분해 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시한 조명 기기용 냉각 장치의 기판에 히트 파이프가 결합된 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 도 3에 도시한 기판을 V-V선을 따라 잘라 얻어진 단면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 조명기기용 냉각 장치에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 5를 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 조명기기용 냉각 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 3를 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 조명기기용 냉각 장치는 제1 방향, 예를 들어, 수평 방향(또는 세로 방향)(도 2에서, 'A'방향)으로 이격되어 있는 복수의 히트 파이프(heat pipe, 110), 복수의 히트 파이프(110)에 삽입되어 있고 제1 방향과 교차하는 제2 방향, 예를 들어, 수직 방향(도 2에서, 'B'방향)으로 이격되어 있는 복수의 방열판(120), 복수의 히트 파이프(110)가 고정되어 있는 기판(130), 기판(130) 및 복수의 히트 파이프(110)와 접해 있고 복수의 광원부(150)가 부착되어 있는 광원 모듈(140), 그리고 광원 모듈(140)을 내장하고 있고 기판(130)과 결합되는 덮개(160)를 구비한다.
복수의 히트 파이프(110)는 동일한 형상을 갖고 있고, 각 히트 파이프(110)는 도 2 및 도 3에 도시한 것처럼, 제1 및 제2 방향과 교차하는 제3 방향, 예를 들어 가로 방향(도 2에서, 'C'방향)으로 뻗어 있는 제1 부분(111)과 제1 부분(111)의 양 단부에서 광원 모듈(140)의 반대 방향인 제2 방향으로 뻗어 있는 제2 부분(112)을 구비하고 있는 대략 U자 형상을 갖고 있다.
이때, 제1 부분(111)과 제2 부분(112)은 일체형으로 이루어져 있어 하나의 부품으로 제작되고 속이 빈 관(tube) 형태이며, 각 히트 파이프(110)의 외부 직경은 약 3mm 내지 10mm일 수 있다.
각 히트 파이프(110)의 제1 부분(111)은 기판(130) 하부와 광원 모듈(140)사이에 위치하여 기판(130) 및 광원 모듈(140)과 접해 있고, 제2 부분(112)은 복수의 방열판(120)과 결합된다.
이러한 히트 파이프(110)의 내부에는 액체를 기체로 상 변환시켜 열을 제2방향(B)으로 상승시키는 작동 유체가 존재한다.
따라서, 광원 모듈(140)의 동작으로 인해 발열되는 열은 이러한 복수의 히트파이프(110)를 통해 제2 방향(B)으로 이동하게 된다.
히트 파이프(100)는 전도성 물질로 이루어져 있고, 한 예로서, 구리(Cu)일 수 있다.
복수의 방열판(120)은 광원 모듈(140)에서 발열되는 열을 작용 유체에 의한 상 변환 동작에 따라 제2 방향(B)으로 이동시키는 복수의 히트 파이프(110)와 연결되어 있으므로, 복수의 히트 파이프(110)를 통해 전달되는 열이 복수의 방열판(120)으로 전달되면, 각 방열판(120)은 전달된 열을 외부로 방열시킨다.
이러한 복수의 방열판(120)은 모두 동일한 형상을 갖고 있다.
도 2에 도시한 것처럼, 각 방열판(120)은 각 방열판(120)의 가운데 부분에 위치중앙 (121), 중앙 방열부(121)의 양 변에 한 변이 연결되어 있는 제1 및 제2 파이프 결합부(1221, 1222), 제1 및 제2 파이프 결합부(1221, 1222) 각각의 다른 변에 각각*방열부(121)는 각 방열판(120)의 가운데 부분을 정해진 길이만큼 제3 방향(C)으로 절개하여 정해진 각도(즉, 비틀림 각도)만큼 비틀어진 복수의 방열 가지(21a)를 구비한다. 이 복수의 방열 가지(21a)는 제1 방향(A)을 따라 서로 이격되게 위치한다.
이때, 각 방열 가지(21a)는 이미 설명한 것처럼 동일한 방향으로 동일한 각도만큼 비틀어져 있으므로, 비틀림 동작에 의해 인접한 두 방열 가지(21a)는 접하지 않고 이격되어 있다. 이때, 이격 거리는 비틀림 각도의 크기에 따라 정해진다.
이때, 각 방열 가지(21a)는 위치에 무관하게 높이가 동일한, 즉 위치에 무관하게 각 방열 가지(21a)의 상부면의 높이와 하부면의 높이가 각각 동일한 직사각형 형상과 평탄면을 갖는 금속판이다. 각 방열 가지(21a)는 조명기기의 냉각 장치의 상부 쪽으로 비틀어져 있지만 그 반대일 수 있다.
제1 파이프 결합부(1221)는 중앙 방열부(121)와 제1 가장자리 방열부(1231) 사이에 위치하고, 제2 파이프 결합부(1221)는 중앙 방열부(121)와 제2 가장자리 방열부(1232) 사이에 위치한다.
제1 및 제2 파이프 결합부(1221, 1222)는 각각 비틀림이 발생하지 않는 판 형상(flat shape)을 갖고 있다. 따라서, 각 방열가지(21a)는 제1 및 제2 파이프 결합부(1221, 1222)를 기준으로 정해진 각도만큼 비틀어져 있다.
제1 파이프 결합부(1221)는 제1 방향(A)으로 이격되어 있는 각 히트 파이프(110)의 두 개의 제2 부분(112) 중 하나가 삽입되는 복수의 삽입구(도시하지 않음)를 갖고 있고, 제2 파이프 결합부(1221)는 각 히트 파이프(110)의 두 개의 제2 부분(112) 중 나머지 하나가 삽입되는 복수의 삽입구(도시하지 않음)를 갖고 있다.
따라서, 각 파이프 결합부(1221, 1222)에 위치한 복수의 삽입구의 형성 방향은 제1 방향(A)이고, 각 파이프 결합부(1221, 1222)에 위치한 복수의 삽입구의 개수는 복수의 히트 파이프(110)의 개수와 동일하며, 인접한 두 삽입구 간의 간격은 인접한 두 히트 파이프(110) 간의 이격 거리에 따라 정해진다.
복수의 방열판(120)은 제1 및 제2 파이프 결합부(1221, 1222)에 위치한 복수의 삽입구에 의해 각 히트 파이프(110)의 제2 부분(112)과 결합되어 제2 방향으로 서로 이격되게 위치한다.
이때, 제2 방향(B)으로 인접한 두 방열판(120)이 서로 접하는 것을 방지하기 위해, 각 삽입구에 삽입된 히트 파이프(110)의 제2 부분(112)는 접착제 등을 통해 각 삽입구의 면과 결합될 수 있다.
도 2에서, 제1 및 제2 파이프 결합부(1221, 1222) 각각에는 제1 및 제2 파이프 결합부(1221, 1222)를 관통하는 적어도 하나의 개구부(81, 82)를 구비한다.
각 개구부(81, 82)의 평면 형상은 원형이지만, 이에 한정되지 않고 타원형, 또는 삼각형이나 사각형과 같은 다각형 형상일 수 있다.
각 개구부(81, 82)의 지름은 열섬 현상의 발생을 방지하는 정도의 크기를 갖고, 한 예로서, 약 5.5㎜ 내지 6㎜일 수 있다.
이때, 제2 방향(B)으로 배열되어 있는 인접한 두 방열판(120)에서, 제1 및 제2 파이프 결합부(1221, 1222)에 형성된 복수의 개구부(81, 82) 중 제2 방향(B)으로 서로 대응되는 두 개구부(81, 82)는 동일한 위치에 형성된다. 따라서, 제2 방향(B)으로 위치한 복수의 방열판(120)에서, 서로 대응되는 각 개구부(81, 82)의 위치는 서로 동일하다.
제1 파이프 결합부(1221)와 연결되어 있는 제1 가장자리 방열부(1231) 역시 중앙 방열부(121)와 동일하게 각 방열판(120)의 가장자리 부분에서부터 제1 파이프 결합부(1221) 쪽으로 정해진 길이만큼 제3 방향(C)으로 절개하여 정해진 비틀림 각도만큼 비틀어진 복수의 방열 가지(31a)를 구비하고, 비틀림 동작으로 인해 복수의 방열 가지(31a) 역시 제1 방향(A)을 따라 서로 이격되어 있다.
이때, 각 방열 가지(31a)의 비틀림 방향은 각 방열 가지(21a)의 비틀림 방향과 반대이므로, 각 방열 가지(31a)는 도 2에 도시한 것처럼, 조명기기의 냉각 장치의 하부 쪽으로 비틀어져 있고, 비틀림 각도는 각 방열 가지(21a)의 비틀림 각도와 동일하거나 상이할 수 있다.
제2 파이프 결합부(1222)와 연결되어 있는 제2 가장자리 방열부(1232) 역시 제1 가장자리 방열부(1231)과 동일하게 각 방열판(120)의 가장자리 부분에서부터 제2 파이프 결합부(1222) 쪽으로 정해진 길이만큼 제3 방향(C)으로 절개하여 정해진 비틀림 각도만큼 비틀어져 제1 방향(A)을 따라 이격된 복수의 방열 가지(32a)를 구비한다.
이때, 각 방열 가지(32a)의 비틀림 방향 및 비틀림 각도는 제1 가장자리 방열부(1231)의 각 방열 가지(31a)의 비틀림 방향 및 비틀림 각도와 각각 동일하지만, 이에 한정되지 않고 서로 상이할 수 있다.
각 제1 및 제 2 가장자리 방열부(1231, 1232)의 복수의 방열 가지(31a, 32a) 각각 또한 중앙 방열부(1210의 방열 가지(21a)와 같이 위치에 무관하게 높이가 동일하다. 따라서, 각 방열 가지(31a, 32a)의 상부면과 하부면은 위치에 무관하게 동일한 높이를 갖고 있고, 각 방열 가지(31a, 32a)는 직사각형 형상의 평탄면을 갖는 금속판이다.
이미 기재한 것처럼, 비틀림이 발생하지 않는 제1 및 제2 파이프 결합부(1221, 1222)에 각각 제1 및 제2 가장자리 방열부(1231, 1232)가 연결되어 있으므로, 각 방열 가지(31a, 32a)는 제1 및 제2 파이프 결합부(1221, 1222)를 기준으로 정해진 각도만큼 비틀어져 있다.
이러한 구조를 갖는 복수의 방열판(120)이 제2 방향(B)을 따라서 히트 파이프(110)의 제2 부분(112)를 이용하여 배열될 때, 제2 방향(B)으로 인접한 두 방열판(120)은 동일한 구조로 배열된다.
따라서, 제2 방향(B)으로 인접한 두 방열판(120)에서, 중앙 방열부(121)의 방열 가지(21a)는 모두 동일한 방향으로 동일한 각도만큼 비틀어져 있고, 제1 및 제2 가장자리 방열부(1231, 1232)의 방열 가지(31a, 32a) 또한 모두 동일한 방향으로 동일한 각도만큼 비틀어져 있다.
본 실시예에 따른 조명기기용 냉각 장치는 제2 방향(B)으로 인접한 두 방열판(120) 사이 그리고 제1 방향(A)으로 인접한 두 방열 가지(21a, 31a, 32a) 사이에 공간이 존재하므로, 외부로부터 인가되는 공기는 이들 공간을 통해 흐르게 된다. 따라서, 이러한 공기 흐름에 의해 조명 기기용 냉각 장치에서의 열 발산 효과는 더욱더 향상된다.
이와 같이, 복수의 방열판(120)이 광원 모듈(140)에서 발열되는 열을 제2 방향(B)으로 이동시키는 복수의 히트 파이프(110)과 연결되어 있으므로, 복수의 히트 파이프(110)를 통해 전달되는 열은 각 방열판(120)의 연결 부위를 통해 각 방열판(120)으로 전달된다.
이때, 각 방열판(120)으로 전도되는 열은 모서리 부분으로 이동하여 외부로 방출된다.
본 예의 경우, 중앙 방열부(121)와 제1 및 제2 가장자리 방열부(1231, 1232) 각각은 절개 동작을 통해 서로 이격되게 위치한 복수의 방열 가지(21a, 31a, 32a)를 구비하고 있다.
따라서, 방열 가지(21a, 31a, 32a)의 개수에 비례하게 방열판(120)의 가장자리면의 면적은 증가하게 된다. 이로 인해, 복수의 방열 가지(21a, 31a, 32a)를 구비하지 않고 하나의 판형 형상으로 형성된 방열판과 비교할 때, 본 예에 따른 방열판(120)의 가장자리면의 면적은 크게 증가한다.
이로 인해, 복수의 히트 파이프(110)를 통해 방열판(120)으로 전달되는 열은 인접한 방열 가지(21a, 31a, 32a) 등에 구비된 가장자리 면을 통해 외부로 용이하게 배출되어, 방열판(120)의 방열 효율은 크게 향상된다.
제1 방향(A)으로 인접한 두 방열 가지(21a, 31a, 32a)는 공기의 통로를 확보하여 열섬 발생을 최소화하는 정도로 이격되어 있고, 한 예로서, 5 mm 내지 10mm의 이격 거리를 가질 수 있다.
또한, 각 방열 가지(31a)의 비틀림 각도는 안정적인 이격 거리를 확보하기 위한 크기를 갖고, 한 예로서, 약 60도 내지 90도일 수 있다.
추가로, 각 파이프 결합부(1221, 1222)에 형성된 복수의 개구부(81, 82)에 의해, 열 발산 효과를 증대시키는 모서리면의 면적이 증가한다.
이미 설명한 것처럼, 모서리부분으로 열이 이동함에 따라, 각 파이프 결합부(1221, 1222)에 형성된 복수의 개구부(81, 82) 쪽으로 열이 이동한다. 이때, 개구부(81, 82)는 열 전도가 행해지는 방열판으로 에워싸여져 있으므로, 개구부(81, 82)를 에워싸고 있는 방열판을 통해 전달된 열은 각 개구부(81, 82)의 단부로 모이게 되어, 각 개구부(81, 82) 내에 열섬 현상이 발생한다.
이로 인해, 제2 방향(B)으로 배열된 복수의 방열판(120)에서, 서로 대응되는 개구부(81, 82)에 형성된 열섬 현상으로 열 기둥이 제2 방향(B)으로 형성된다.
하지만, 제2 방향(B)으로 인접한 방열판(120) 사이의 공간을 통해 외부로부터 인가되는 공기의 흐름이 행해지므로, 제2 방향(B)으로 인접한 방열판(120) 사이에서 열기둥을 형성하는 열은 공기에 의해 발산된다. 따라서, 방열판(120)의 방열 효과는 더욱더 향상된다.
본 실시예와 달리, 제1 및 제2 파이프 결합부(1221, 1222)에 형성된 개구부(81, 82)는 생략 가능하다.
또한, 중앙 방열부(121)에 형성된 복수의 방열 가지(21a)로 인해, 중앙 방열부(121) 내에 형성된 공간으로 유입된 공기는 난류를 발생시켜, 공기를 이용한 열 발산 효과는 더욱더 증가한다.
기판(130)은, 도 3에 도시한 것처럼, 대략 원형 형상을 갖고 열 전도가 좋은 금속 등과 같은 전도성 물질로 이루어져 있다.
이러한 기판(130)은 가운데 부분에 일정 간격으로 이격되게 위치하는 복수의 돌출부(131), 각 돌출부(131)의 양 단에 위치하고 기판(130)을 관통하는 개구부(132), 그리고 복수의 돌출부(131)와 복수의 개구부(132)가 위치하지 않는 평탄부(133)를 구비한다.
각 돌출부(131)은 각 히트 파이프(110)의 제1 부분(111)의 연장 방향으로 동일한 방향으로 뻗어 있고, 방열판(120) 쪽으로 돌출되어 있다.
이때, 돌출부(131)의 상부면뿐만 아니라 돌출부(131)의 하부면의 높이는 평탄부(133)의 상부면 및 상부면의 높이보다 크므로, 도 5에 도시한 것처럼 돌출부(131)가 형성된 기판(130) 하부에는 평탄부(133)의 하부면과 동일선 상에 위치한 가상면(S1)에서부터 최대 높이(H1)를 갖는 공간이 형성된다.
각 돌출부(131)에 형성된 공간에는 각 히트 파이프(110)의 제1 부분(111)이 위치하고, 각 돌출부(131) 양단에 형성된 개구부(132)에는 각 히트 파이프(110)의 제2 부분(112)이 삽입된다. 따라서, 기판(130)의 하부면 아래에 히트 파이프(110)의 제1 부분(111)이 위치한다.
이처럼, 각 돌출부(131)는 삽입된 히트 파이프(110)를 기판(130)에 결합시켜 위치시키는 결합 부재의 역할을 수행하며, 각 개구부(132)에 의해 히트 파이프(110)의 각 제2 부분(112)은 기판(130)을 관통한 후 제2 방향(B)으로 뻗어 있다.
따라서, 각 돌출부(131)와 이 돌출부(131) 양단에 위치한 개구부(132)에 의해, 각 히트 파이프(110)는 기판(130)과 안정적으로 결합되면서 직립하게 되어, 복수의 방열판(120)과 차례로 체결된다.
이처럼 각 돌출부(131)에 의해 형성된 공간 내에 히트 파이프(110)가 위치하므로, 돌출부(131)의 개수는 복수의 히트 파이프(110)의 개수와 동일하며, 각 돌출부(131)는 곡면을 갖고 있어 원형의 단면 형상을 갖는 히트 파이프(110)가 용이하게 내장된다.
또한, 각 돌출부(131)의 하부면의 제일 높은 부분과 평탄부(133)의 하부면(즉, 광원 모듈(140)과 인접한 면)에 평행한 가상면(S1) 사이의 높이(H1)는 각 히트 파이프(110)의 외부 직경과 동일하거나 작을 수 있다.
돌출부(131)의 길이(L1)는 히트 파이프(110)의 제1 부분(111)의 길이와 동일하거나 작고, 각 돌출부(131)의 폭(W1)은 히트 파이프(110)의 외부 직경과 같거나 크다. 또한, 돌출부(131) 양단에 위치한 두 개구부(132) 사이의 거리(L2)는 하나의 히트 파이프(110)에서 두 제2 부분(112) 사이의 외측간 간격(이하, '외부 간격'이라 함)(L3)과 같거나 클 수 있다.
이처럼, 본 예는 기판(130) 내에 각 히트 파이프(110)가 내장되는 대신, 기판(130) 외부에 히트 파이프(110)를 위치시키므로, 기판(130)을 설계할 때 히트 파이프(110)의 직경(즉, 외부 직경)을 고려할 필요가 없고 기판(130)의 두께를 히트 파이프(110)의 직경보다 얇게 설계할 수 있다.
즉, 기판(130) 내에 히트 파이프(110)를 내장시킨 후 히트 파이프(110)를 위치시키는 비교예의 경우, 각 히트 파이프(110)를 수용하기 위해 기판의 상부면에서 광원 모듈(140) 쪽으로 함몰된 홈을 구비한다. 이때 각 홈은 기판을 관통하지 않는다.
따라서, 각 홈에 도전성 접착제를 도포한 후 그 위에 히트 파이프(110)를 위치시켜 기판 위에 U자 형상의 복수의 히트 파이프(110)를 나란히 직립 시킨다.
이처럼, 각 홈 내에 히트 파이프(110)를 안정적으로 위치시키기 위해, 각 홈의 깊이는 적어도 히트 파이프(110)의 외부 직경과 동일하거나 커야 되므로, 기판의 두께는 히트 파이프(110)의 외부 직경을 고려하여 정해진다. 따라서, 히트 파이프(110)의 외부 직경이 약 6㎜일 때, 기판의 두께는 약 6㎜이상을 갖는다.
하지만, 본 예의 경우, 기판(130)과 결합되어 수직 방향(B)으로 세워져 있는 히트 파이프(110)는 기판(130) 내에 안착되는 대신 기판(130)의 돌출부(131)로 인해 기판(130) 외부에 발생한 공간 내에 위치한다.
따라서, 기판(130) 내에 히트 파이프(110)를 내장하지 않아도 되므로, 기판(130)의 두께는 히트 파이프(110)의 두께에 영향을 받지 않는다. 이때, 기판(130)의 두께는 돌출부(131)를 이용하여 안정적으로 기판(130)에 히트 파이프(130)를 결합시킬 수 있는 크기면 된다.
이로 인해, 본 예의 경우, 기판(130)의 두께는 히트 파이프(110)의 외부 직경보다 작으므로, 비교예에 따른 기판의 두께보다 본 예에 따른 기판(130)의 두께는 크게 감소한다. 한 예로서, 기판(130)의 두께는 약 2㎜ 내지 5㎜일 수 있다.
이처럼, 기판(130)의 두께가 감소하므로, 기판(130)의 제조 비용이 감소하고, 기판(130)의 무게 또한 줄어들어 조명기기용 냉각 장치의 무게가 감소한다. 따라서, 조명기기용 냉각 장치의 설치 등이 용이하다.
평탄부(133)는 돌출부(131)와 개구부(132)에 인접해 있고, 덮개(160)와 기판(130)을 체결을 위한 복수의 제1 체결부(1331)와 기판(130)에 광원 모듈(140)을 체결하기 위한 복수의 제2 체결부(1332)를 구비한다.
도 3에 도시한 것처럼, 복수의 제1 체결부(1331)는 기판(130)의 가장 자리 부근에 정해진 거리만큼 이격되어 있다.
이때, 각 제1 체결부(1331)가 위치한 기판(130)의 부분은 제1 체결부(1331)가 위치하지 않은 기판(130)의 부분보다 외부로 돌출되어 있어 제1 체결부(1331)가 위치하지 않은 기판(130)의 부분보다 큰 지름을 갖지만, 이에 한정되지 않는다.
복수의 제2 체결부(1332)는 나사나 핀(pin) 등과 같은 체결 부재를 이용하여 광원 모듈(150)과 기판(130)과 결합되는 부분이다.
따라서, 복수의 제2 체결부(1332)에 의해 광원 모듈(150)은 기판(130)과 바로 결합된다.
이때, 이미 설명한 것처럼, 기판(130)의 하부면에 복수의 히트 파이프(110), 즉, 히트 파이프(110)의 제1 부분(111)이 위치하므로, 히트 파이프(110)는 기판(130)뿐만 아니라 광원 모듈(140)과도 직접 접하게 된다.
하지만, 기판(130) 내부에 형성된 홈에 히트 파이프(110)가 위치한 비교예의 경우, 홈이 기판(130)이 관통하지 않으므로, 히트 파이프(110)와 광원 모듈(140) 사이에는 기판(130)이 존재한다.
따라서, 광원 모듈(140)에서 발생한 열은 기판(130)을 통해 히트 파이프(110)로 전달되므로, 열은 히트 파이프(110)뿐만 아니라 기판(130)으로도 전달된다.
이로 인해, 히트 파이프(110)로 전달되는 열이 감소하며, 또한, 기판(130)으로 전달된 열은 히트 파이프(110)로 통해 효율적으로 방열되지 못하고 광원 모듈(140)의 광원부(150)의 동작에 악영향을 미치게 된다.
하지만, 본 예의 경우, 히트 파이프(110)가 바로 광원 모듈(140)과 접해 있으므로, 광원 모듈(150)에서 발생한 열은 좀더 효율적으로 히트 파이프(110)로 전달되어, 비교예보다 히트 파이프(110)로 전달되는 열의 양이 증가한다. 따라서, 히트 파이프(110)를 이용한 방열효과는 비교예보다 크게 증가하여 열로 인한 광원부(150)의 오동작이나 손상의 우려가 크게 감소한다.
광원 모듈(140)은 이미 설명한 것처럼 복수의 광원부(150)를 구비하고 있고, 또한 기판(130)과의 체결을 위해 기판(130)의 제2 체결구(1332)와 대응되게 복수의 체결구(141)를 구비한다. 따라서, 나사나 핀 등과 같은 체결 수단을 이용하여 기판(130)의 제2 체결구(1332)와 광원 모듈(140)의 체결구(141)는 결합된다.
복수의 광원부(150)는 광원 모듈(140)의 평면 형상에 따라 다양한 형태로 배열된다.
각 광원부(150)는 광원과 이 광원을 보호하는 덮개 등으로 이루어져 있고, 본 예에서, 광원은 발광 다이오드로 이루어져 있지만 이에 한정되지 않고 다양한 광원이 이용될 수 있다.
덮개(160)는 복수의 광원부(150)를 구비한 광원 모듈(140)을 내장하고 하는 본체부(161)와 본체부(161)에서 광원 모듈(140) 쪽으로 돌출되어 있는 가장자리부(162)를 구비한다.
이때, 가장자리부(162)에는 기판(130의 제1 체결부(1331)와 대응되는 위치에 체결부(1621)가 위치한다. 따라서, 볼트(bolt)와 나사 등과 같은 체결 수단에 의해 서로 대응하는 기판(130)의 제1 체결구(1331)와 덮개(160)의 가장자리부(162)가 체결된다.
본체부(161) 내에는 각 광원부(150)의 위치를 고정하기 위한 복수의 고정홈(163)이 위치한다.
따라서, 덮개(160)에 의해 본체부(161) 내에 위치한 광원 모듈(140)은 먼지 등의 이물질과 충격 등으로부터 보호된다.
이러한 구조를 갖는 조명기기용 냉각 장치의 동작은 다음과 같다.
광원부(140)의 동작으로 광원과 광원을 구동하는 구동 장치 등에서 발생한 열은 광원 모듈(140)과 직접 연결된 복수의 히트 파이프(110)로 전달된다.
따라서, 히트 파이프(110)로 전달된 열에 의해 히트 파이프(110) 내에 내장된 작동 유체가 기체로 변환되면서 히트 파이프(110)의 제2 부분(112)을 따라 위쪽[즉, 수직 방향(B)]으로 이동하게 된다.
이때, 열은 히트 파이프(110)의 제2 부분(112)에 서로 이격되게 위치한 복수의 방열판(120)으로 전달된다.
각 방열판(120)으로 전달된 열은 방열판(120)의 가장자리부 쪽으로 이동한 후 외부로 발산되며, 이때 외부로부터 인가되는 대류에 의해 방열 효과는 증가한다. 또한, 제2 방향(B)으로 인접한 방열판(120) 사이에 공간이 존재하므로, 외부 유입 대류가 이 공간을 통해 흐르게 되어 방열 효과는 더욱 향상된다.
또한, 각 방열판(120)의 중앙 방열부(121)와 제1 및 제2 가장자리 방열부(1231, 1232)에 위치한 복수의 방열 가지(21a, 31a, 32a)에 의해 가장자리면의 면적이 증가하므로, 방열판(120)에서 가장자리 쪽으로 이동하는 열의 전달 거리가 감소하여 방열 효과는 크게 증가한다.
더욱이, 제1 및 제2 파이프 결합부(1221, 1222)에 형성된 개구부(81, 82)에 의해 개구부(81, 82) 내의 공간에 열기둥 발생을 유도한 후, 공간을 통과하는 외부 공기를 이용하여 열기둥을 형성하는 열을 외부로 발산시킨다. 이로 인해, 본 실시예에 따른 조명기기용 냉각 장치의 효율은 더욱더 향상된다.
이러한 방열판(120)의 작용으로, 히트 파이프(110)의 열이 방열판(120)에 의해 빼앗기게 되어 히트 파이프(110)의 온도가 감소하면 그 안에 내장된 작용 유체는 기체 상태에서 액체 상태로 상이 변하여 제1 부분(111) 쪽으로 하강한다.
이처럼, 광원 모듈(140)에서 발생한 열에 의한 작용 유체의 상 변화와 히트 파이프(110)에 연결된 복수의 방열판(120)에 의한 방열 동작이 행해진다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
21a, 31a, 32a: 방열 가지 81, 82: 개구부
110: 히트 파이프 120: 방열판
121: 중앙 방열부 1221, 1222: 파이프 결합부
1231, 1232: 가장자리 방열부 130: 기판
131: 돌출부 132: 개구부
133: 평탄부 140: 광원부
150: 광원 모듈 160: 덮개

Claims (13)

  1. 적어도 하나의 광원부를 구비한 광원 모듈,
    상기 광원 모듈 위에 위치하여 상기 광원 모듈과 접해 있는 기판,
    상기 광원 모듈과 상기 기판 사이에 위치하고 상기 광원 모듈의 반대 방향으로 뻗어 있는 히트 파이프, 그리고
    제2 방향으로 서로 이격되게 상기 히트 파이프에 연결되어 있는 복수의 방열판
    을 포함하고,
    상기 기판은 상기 방열판 쪽으로 돌출되어 있는 돌출부, 상기 돌출부의 양 단에 위치하고 상기 기판을 관통하는 복수의 개구부, 그리고 상기 돌출부와 복수의 개구부에 인접해 있는 평탄부를 구비하며,
    상기 히트 파이프는 상기 돌출부와 상기 광원 모듈 사이에서 상기 광원 모듈과 접하게 위치하고 상기 복수의 개구부를 관통해 상기 광원 모듈의 반대 방향으로 뻗어 있는
    조명기기용 냉각 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 히트 파이프는 상기 제2 방향과 교차하는 제3 방향으로 뻗어 있는 제1 부분과 상기 제1 부분의 양단에 각각 연결되어 있고 상기 광원 모듈의 반대 방향으로 뻗어 있는 제2 부분을 포함하고,
    상기 제1 부분은 상기 돌출부와 상기 광원 모듈 사이에서 상기 광원 모듈과 접하게 위치하고, 상기 제2 부분은 상기 개구부를 관통해 상기 광원 모듈의 반대 방향으로 뻗어 있는 조명기기용 냉각 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 돌출부는 상기 제1 부분과 동일한 방향으로 뻗어 있고,
    상기 돌출부의 상부면의 높이는 상기 평탄부의 상부면의 높이보다 높고 상기 돌출부의 하부면의 높이는 상기 평탄부의 하부면의 높이보다 높으며, 상기 돌출부의 상기 하부면과 상기 광원 모듈 사이에 상기 히트 파이프의 상기 제1 부분이 위치하는
    조명기기용 냉각 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 기판의 두께는 상기 히트 파이프의 직경보다 작은 조명기기용 냉각 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 기판의 두께는 2mm 내지 5mm인 조명기기용 냉각 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 복수의 방열판 각각은,
    제3 방향과 교차하는 제1 방향으로 이격되어 있는 복수의 방열 가지를 구비한 중앙 방열부,
    상기 중앙 방열부 양단에 각각 위치하고 상기 히트 파이프의 상기 제2 부분과 연결되어 있는 제1 및 제2 파이프 결합부, 그리고
    상기 제1 및 제2 파이프 결합부와 각각 연결되어 있는 제1 및 제2 가장자리 방열부
    를 포함하는 조명기기용 냉각 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 복수의 방열 가지 각각은 평판 형상을 갖고 있고 상기 제1 및 제2 파이프 결합부를 기준으로 비틀어져있는
    조명기기용 냉각 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 복수의 방열 가지 각각의 비틀림 각도는 60도 내지 90도인 조명기기용 냉각 장치.
  9. 제6항에서,
    상기 제1 방향으로 인접한 두 방열 가지 사이의 거리는 5㎜ 내지 10㎜인 조명기기용 냉각 장치.
  10. 제6항에서,
    상기 제1 및 제2 파이프 결합부 각각은 상기 제1 및 제2 파이프 결합부 각각을 관통하는 개구부를 포함하는 조명기기용 냉각 장치.
  11. 제6항에서,
    상기 제1 및 제2 가장자리 방열부 각각은 상기 제1 방향으로 이격되어 있는 복수의 방열 가지를 구비하고,
    상기 복수의 방열 가지 각각은 평판 형상을 갖고 있고 상기 제1 및 제2 파이프 결합부를 기준으로 비틀어져 있는
    조명기기용 냉각 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 제1 및 제2 가장자리 방열부 각각에서, 상기 제1 방향으로 인접한 두 방열 가지 사이의 거리는 5㎜ 내지 10㎜인 조명기기용 냉각 장치.
  13. 제11항에서,
    상기 제1 및 제2 가장자리 방열부 각각에서, 상기 복수의 방열 가지 각각의 비틀림 각도는 60도 내지 90도인 조명기기용 냉각 장치.
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