KR101305437B1 - 냉각 모듈 및 그를 포함하는 조명장치 - Google Patents

Abstract

순환구조가 개선된 냉각 모듈 및 그를 포함하는 조명장치가 제공된다. 본 발명에 의한 냉각 모듈은 내부에 작동유체가 수용되는 수용공간이 형성되고, 열원과 접하는 접촉면이 수평면을 이루는 플레이트 형상으로 형성되며, 열원으로부터 열을 전달 받아 작동유체가 기화되는 증발부, 수평 방향으로 병렬 배열된 복수의 응축관과 복수의 응축관의 양단을 각각 연결하는 제1 수집관과 제2 수집관을 포함하여, 증발부에서 기화된 증기 상태의 작동유체가 응축하는 응축부, 증발부와 응축부를 서로 연결하여 증발부에서 기화된 작동유체를 응축부로 전달하며, 일단부가 증발부 내부의 액체 상태의 작동유체의 계면보다 높은 위치에 위치하고, 타단부는 제1 수집관 내부의 액체 상태의 작동유체의 계면보다 높은 위치에 위치하도록 증발부 및 제1 수집관과 각각 결합되는 증기 유로 및, 제1 수집관과 제2 수집관을 서로 연결하고 제1 수집관과 제2 수집관의 하부로 연장된 제1 연결관과, 제1 연결관과 증발부를 서로 연결하며, 일단부가 증발부 내부에 수용된 액체 상태의 작동유체의 계면보다 낮은 위치에 위치하는 제2 연결관을 포함하는 액체 유로를 포함한다.

Description

냉각 모듈 및 그를 포함하는 조명장치{Cooling module and Lighting apparatus having the same}

본 발명은 냉각 모듈 및 그를 포함하는 조명장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 작동유체의 순환구조가 개선되어 응축부가 수평방향으로 배열되더라도 우수한 냉각 효과를 유지하는 냉각 모듈 및 그를 포함하는 조명장치에 관한 것이다.

일상적으로 사용되는 대부분의 사무기기나 조명기기들 또는 그 밖의 가정용 전기기기들은 모두 작동 상태에서 발열한다. 발열량이 많아지면, 에너지 효율이 저하되어 이러한 기기들이 정상적으로 작동하지 못하게 되고, 이에 따라, 기기가 고장을 일으키거나, 수명이 급격히 단축될 수 있다. 발열량이 증대되는 것은 설계상의 문제일 수도 있고, 기기를 제작하는 과정에서 의도치 않게 발생하는 것일 수도 있다.

이러한 발열 문제를 해결하기 위해서 냉각 장치가 사용된다. 냉각 장치는 사용되는 기기의 종류에 따라서 다양한 방법으로 제작될 수 있는데, 특히, 일상적으로 사용되는 소형의 가전기기나 사무용 기기 또는 조명기기들에는 작은 크기로 모듈화된 냉각 장치 즉, 냉각 모듈이 사용될 수 있다. 냉각 모듈은 기기 내부의 열원과 외기 사이를 순환하며 증발 및 응축되어 냉각작용을 하는 냉매, 즉, 작동유체를 포함하는 형태로 구성될 수 있다.

이러한 예로, 열원과 접촉하는 증발부와, 외기와 접촉하는 응축부 사이를 작동유체가 루프 형태로 반복 순환하도록 구성된 열사이펀(thermo-siphon) 형태의 냉각 모듈을 생각할 수 있다. 이러한 냉각 모듈은 작동유체를 순환시키기 위한 별도의 구성이 필요치 않아 구조가 간단하며, 작동유체의 순환이 용이하게 이루어져 효과적인 냉각이 가능하다.

한편, 냉각 모듈이 적용되는 기기들은 다양한 형태를 가지고 있으며, 기기 내부의 열원 역시 다양한 형태를 갖는다. 이러한 기기들에 컴팩트하게 장착될 수 있도록 냉각 모듈 역시 다양한 형태로 변형되는데, 이 때, 냉각 모듈은 단순히 형태뿐만 아니라 구조적으로도 변형이 생길 수 있으며, 이로 인해 내부의 작동유체가 적절히 순환되지 못하거나 작동이 불가능하게 되는 문제가 생길 수 있다. 특히, 열사이펀 형태의 냉각 모듈의 경우, 응축된 작동유체는 일반적으로 중력을 이용하여 증발부로 다시 귀환되도록 설계되는 바, 작동유체가 이동하는 유로의 배치상태나, 모듈 전체의 수직, 수평방향의 정렬상태에 따라 냉각 성능이 크게 좌우되는 문제가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 정렬상태에 구애되지 않고 냉각 성능을 유지할 수 있도록 순환구조가 개선된 냉각 모듈 및 그를 포함하는 조명장치를 제공하려는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 의한 냉각 모듈은, 내부에 작동유체가 수용되는 수용공간이 형성되고, 열원과 접하는 접촉면이 수평면을 이루는 플레이트 형상으로 형성되며, 상기 열원으로부터 열을 전달 받아 상기 작동유체가 기화되는 증발부, 수평 방향으로 병렬 배열된 복수의 응축관과 상기 복수의 응축관의 양단을 각각 연결하는 제1 수집관과 제2 수집관을 포함하여, 상기 증발부에서 기화된 증기 상태의 상기 작동유체가 응축하는 응축부, 상기 증발부와 상기 응축부를 서로 연결하여 상기 증발부에서 기화된 상기 작동유체를 상기 응축부로 전달하며, 일단부가 상기 증발부 내부의 액체 상태의 상기 작동유체의 계면보다 높은 위치에 위치하고, 타단부는 상기 제1 수집관 내부의 액체 상태의 상기 작동유체의 계면보다 높은 위치에 위치하도록 상기 증발부 및 상기 제1 수집관과 각각 결합되는 증기 유로 및, 상기 제1 수집관과 상기 제2 수집관을 서로 연결하고 상기 제1 수집관과 상기 제2 수집관의 하부로 연장된 제1 연결관과, 상기 제1 연결관과 상기 증발부를 서로 연결하며, 일단부가 상기 증발부 내부에 수용된 액체 상태의 상기 작동유체의 계면보다 낮은 위치에 위치하는 제2 연결관을 포함하는 액체 유로를 포함한다.

상기 제1 수집관과 상기 제2 수집관은 내경이 상기 응축관보다 크며, 상기 응축관은 상기 제1 수집관과 상기 제2 수집관 내부의 액체 상태의 상기 작동유체의 계면보다 높은 위치에 각각 결합될 수 있다.

상기 제1 수집관과 상기 제2 수집관의 양단부에 각각 형성되며, 상기 제1 수집관과 상기 제2 수집관 보다 낮은 위치로 만입된 연결부를 더 포함하여, 액체 상태의 상기 작동유체가 상기 제1 수집관 및 상기 제2 수집관으로부터 상기 연결부로 흐를 수 있다.

상기 제1 연결관은 상기 연결부를 서로 연결하고, 상기 제2 연결관은 상기 제1 연결관과 상기 증발부를 서로 연결할 수 있다.

상기 냉각 모듈은 상기 증발부의 상기 수용공간 사이에 개재되어, 상기 증발부를 지지하여 변형을 방지하는 적어도 하나의 지주부를 더 포함할 수 있다.

상기 냉각 모듈은 상기 접촉면으로부터 돌출되어 상기 수용공간을 분할하는 격벽을 더 포함할 수 있다.

상기 격벽은 상기 증발부가 수평면과 평행을 이룬 상태의 상기 증발부 내부의 액체 상태의 작동유체의 계면보다 낮게 형성될 수 있다.

상기 격벽은 격자 형상을 이룰 수 있다.

상기 냉각 모듈은 상기 응축관의 외측에 박막 형상으로 형성된 복수의 방열핀을 더 포함할 수 있다.

상기 응축관은 횡단면의 수평 폭이 수직 폭보다 더 작은 판형의 관부재일 수 있다.

본 발명에 의한 조명장치는, 본 발명에 의한 냉각 모듈, 상기 접촉면에 부착되고, 빛을 방출하는 광원 모듈 및, 상기 광원 모듈과 상기 냉각 모듈을 수용하는 하우징을 포함한다.

상기 조명장치는 상기 하우징에 설치되며, 상기 증발부와 상기 응축부를 서로 격리시키는 차단판을 더 포함하고, 상기 증기 유로와 상기 액체 유로는 상기 차단판을 관통하되, 상기 증기 유로와 상기 액체 유로는 밀폐부재에 의해 상기 차단판과 결합될 수 있다.

상기 하우징은 일단부에 상기 응축부 중 적어도 일부를 외부와 통기시키는 개구부를 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 냉각 모듈은 일방향으로 작동유체를 순환 시키는 루프형 순환 구조를 통해 효과적인 냉각이 가능하고, 냉각 모듈의 정렬 상태의 변화에 구애되지 않고 작동유체를 순환시킬 수 있으며, 이에 따라 냉각 성능이 일정하게 유지되는 장점이 있다.

본 발명에 의한 조명장치는 상기의 냉각 모듈을 채용하여, 효과적인 방열이 가능하고, 이러한 방열 성능은 조명장치의 움직임이나 정렬상태 등에 영향을 받지 않고 일정하게 유지될 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각 모듈의 사시도이다.
도 2는 도 1의 냉각 모듈을 AA 선으로 절단한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1의 냉각 모듈의 작동상태를 도시한 단면도들이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 냉각 모듈의 사시도이다.
도 5a는 도 4의 냉각 모듈을 BB 선으로 절단한 단면도이다.
도 5b는 도 4의 냉각 모듈의 증발부를 도 5a의 CC 선으로 절단한 단면도이다.
도 6은 도 4의 냉각 모듈의 작동상태를 도시한 단면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 냉각 모듈의 사시도들이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 의한 조명장치의 구조를 도시한 단면도이다.
도 9b는 도 9a의 조명장치의 A부분의 확대단면도이다.
도 10은 도 9a의 조명장치의 사용상태를 예시적으로 도시한 단면도이다.

본 발명의 이점과 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전한 것이 되도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 3b를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각 모듈에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각 모듈의 사시도이다.

우선, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 냉각 모듈(10)은 크게 열원과 접촉하는 증발부(100), 외기와 접촉하는 응축부(200), 그리고 증발부(100)와 응축부(200)를 서로 연결하여 응축부(200)와 증발부(100) 간에 작동유체를 매개하는 증기 유로(110) 및 액체 유로(230)를 포함한다. 응축부(200)는 증발부(100)의 상방에 위치한다.

즉, 응축부(200)와 증발부(100)는 증기 유로(110) 및 액체 유로(230)를 통해 서로 연결되며, 냉각 모듈(10) 내부에 수용된 작동유체는 상변화를 통해 증발부(100)와 응축부(200) 사이를 순환하면서 흡열 및 발열하게 된다. 이에 따라 냉각 모듈(10)은 증발부(100)에 접촉된 열원을 냉각시킬 수 있다.

이 때, 냉각 모듈(10) 내부의 작동유체는 일방향으로만 순환되고, 역방향으로는 순환되지 않는다. 즉, 증발부(100)에 유입된 열을 흡열하고 기화된 작동유체는 증기 유로(110)를 따라 상방으로 이동하여 응축부(200)에 도달하며, 응축부(200)에서 열을 잃고 다시 액화된 작동유체는 이제 액체 유로(230)를 따라서 하방으로 이동하여 다시 증발부(100)로 귀환하게 된다. 작동유체가 순환하는 순환 루프는 증발부(100), 증기 유로(110), 응축부(200) 및, 액체 유로(230)를 순서대로 통과한 후 다시 증발부(100)에서 순환을 시작하는 일방향 루프이며, 이는 일종의 대류 현상에 의한 것으로서, 최초에 기화된 작동유체의 증기압에 기인하여, 작동유체 전체가 순환되는 열사이펀(thermo-siphon) 작용에 의한 것이다. 작동유체의 순환이 순차적으로, 자연스럽게 이루어짐에 따라, 냉각 모듈(10)은 높은 효율의 냉각 효과를 나타낼 수 있다.

한편, 액화된 작동유체가 응축부(200)에서 증발부(100)로 귀환할 때, 작동유체는 중력의 영향에 의해 자연스럽게 하강하는 것이며, 따라서, 관상의 액체 유로(230) 외에 작동유체를 증발부(100)로 귀환시키기 위한 별도의 구조가 필요하지 않아, 냉각 모듈(10)이 간편하게 구성될 수 있다. 또한, 응축부(200)에는 액체 유로(230)와 직접 연결되고, 액화된 작동유체를 수집하는 제1 수집관(210) 및 제2 수집관(250)이 형성되어 있어, 작동유체가 일방향의 순환 루프를 벗어나 역류하는 것을 방지하고, 더불어 냉각 모듈(10)의 수평 수직 방향의 정렬상태(즉, 기울어진 정도)가 변화되는 경우에도 작동유체를 안정적으로 순환시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 의한 냉각 모듈(10)은 정렬 상태에 구애되지 않고 냉각 성능이 일정하게 유지될 수 있는 것이다. 이러한 냉각 모듈(10)의 작동 과정에 대해서는 후술하여 좀 더 상세히 설명한다.

이하, 도 1과 함께 도 2를 참조하여, 냉각 모듈(10)을 구성하는 각각의 구성부에 대해 좀 더 상세히 설명한다.

도 2는 도 1의 냉각 모듈을 AA 선으로 절단한 단면도이다.

증발부(100)는 내부에 작동유체가 수용되는 수용공간이 형성되어 있으며, 전술한 대로 열원과 접한다. 열원과 접하는 접촉면(도 2의 바닥면)은 수평방향으로 연장된 수평면으로 이루어진 평평한 플레이트 형상으로 형성되며, 열원과 접촉하여 유입된 열에 의해 증발부(100) 내부에서는 액체 상태의 작동유체(F)의 기화가 일어난다.

증발부(100)는 도시된 바와 같이 전체적으로 방형 또는 블록 형태로 형성될 수 있으나, 이러한 형상에 한정될 것은 아니며, 열원의 형태 또는 냉각 모듈(10)이 적용될 기기의 형상에 따라 적절하게 변형될 수 있다. 다만, 접촉면은 평평하게 유지되어 열원과의 접촉 면적을 최대한 증가시키는 것이 바람직하다. 하지만, 열원의 형태가 특수한 경우(비정형적이거나 곡면을 포함하는 경우 등)에는 접촉면 역시 열원의 형태에 대응하여 적절하게 변형될 수 있을 것이다.

응축부(200)는 증발부(100)의 상방에 위치하며, 수평 방향으로 병렬 배열된 복수의 응축관(220)과 이 응축관(220)들의 양단을 각각 연결하는 제1 수집관(210)과 제2 수집관(250)을 포함한다. 증발부(100)에서 기화된 작동유체는 응축부(200)에 도달한 후 열을 잃고 다시 액체 상태로 응축된다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 응축관(220)은 외기와의 접촉면적을 증대시키기 위해 복수가 나란히 병렬로 형성되며, 제1 수집관(210)과 제2 수집관(250)은 응축관(220)의 양단부에 각각 위치하여 인접한 응축관(220)들의 단부를 서로 연결하게 된다.

따라서, 액체 상태로 응축된 작동유체(F)는 응축관(220)의 내벽을 따라 흘러 제1 수집관(210) 및 제2 수집관(250)에 수집될 수 있다. 이 때, 제1 수집관(210)과 제2 수집관(250)은 내경이 응축관(220)보다 크게 형성되어 액체 상태의 작동유체(F)를 하부에 수용할 수 있으며, 응축관(220)은 제1 수집관(210)과 제2 수집관(250)의 상부에 결합되어 응축된 작동유체(F)의 계면보다 상방에 위치하게 된다.

증기 유로(110)는 증발부(100)와 응축부(200)를 서로 연결하되, 제1 수집관(210)과 결합되어 증발부(100)에서 기화된 작동유체를 응축부(200)로 전달한다. 증발부(100)와 결합된 증기 유로(110)의 일단부는 증발부(100) 내부에 수용된 액체 상태의 작동유체(F)의 계면보다 상방에 위치하고, 제1 수집관(210)과 결합된 증기 유로(110)의 타단부는 제1 수집관(210)의 하부에 수용된 액체 상태의 작동유체(F)의 계면보다 상방에 위치한다.

증기 유로(110)는 기화된 증기 상태의 작동유체가 증기압 차에 의하여 이동하는 이동로이며, 증발부(100)의 상부에서 다시 제1 수집관(210)의 상부로 연결되어 있어 기화된 작동유체를 자연스럽게 상방으로 이동시킬 수 있다. 또한, 증기 유로(110)는 일단부와 타단부가 각각 액체 상태의 작동유체(F)의 계면보다 상방에 위치하므로, 밀도가 낮은 증기 상태의 작동유체로만 채워진다.

한편, 액체 유로(230)는 응축부(200)와 증발부(100)를 서로 연결하되, 제1 연결관(231)과 제2 연결관(232)을 통해 응축부(200)와 증발부(100)를 순차적으로 연결한다. 즉, 제1 연결관(231)은 응축부(200) 중 제1 수집관(210)과 제2 수집관(250)을 서로 연결하며, 제2 연결관(232)은 제1 연결관(231)과 증발부(100)를 다시 연결하도록 형성된다. 이 때, 제1 연결관(231)은 제1 수집관(210)과 제2 수집관(250)의 하부로 수평하게 연장되어 일단부와 타단부가 각각 제1 수집관(210) 및 제2 수집관(250)의 하방에 결합되며, 제2 연결관(232)은 제1 연결관(231)의 일 측에서 수직방향으로 연장되어 증발부(100)와 결합된다. 증발부(100)와 결합되는 제2 연결관(232)의 일단부는 도 2에 도시된 바와 같이, 증발부(100) 내측으로 삽입되어 증발부(100) 내부에 수용된 액체 상태의 작동유체(F)의 계면보다 낮은 위치에 위치하게 된다.

증기 유로(110)와 반대로, 액체 유로(230)는 응축된 액체 상태의 작동유체(F)가 이동하는 이동로이며, 액체 상태의 작동유체(F)로만 채워진다. 즉, 제1 수집관(210) 및 제2 수집관(250)에 모인 액체 상태의 작동유체(F)는 중력에 의해 하방 이동하여 제1 연결관(231) 및 제2 연결관(232)을 차례로 통과한 후, 증발부(100) 내측으로 삽입된 제2 연결관(232)의 단부를 통해 증발부(100) 내부에 수용된 액체 상태의 작동유체(F) 내측으로 토출된다.

따라서, 흡열하여 기화된 작동유체는 증기 유로(110)를 따라서 상승하고, 발열하여 액화된 작동유체(F)는 액체 유로(230)를 따라 하강하면서, 증발부(100)와 응축부(200)의 사이를 반복적으로 순환하는 작동유체의 순환 사이클이 만들어지는 것이다. 이 때, 제1 수집관(210) 및 제2 수집관(250)을 포함하는 응축부(200)와, 응축부(200)와 증발부(100) 사이에 유기적으로 연결된 액체 유로(230) 및 증기 유로(110)는, 냉각 모듈(10)이 기울어져 수직, 수평 상태의 정렬상태가 변화되는 경우에도 작동유체를 적절히 순환시켜 냉각 성능이 유지되도록 할 수 있다.

이하, 도 3a 및 도 3b를 참조하여, 작동유체의 순환 과정과 그에 따른 냉각 모듈(10)의 냉각 작용에 대해서 좀 더 상세히 설명한다.

도 3a 및 도 3b는 도 1의 냉각 모듈의 작동상태를 도시한 단면도들이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 냉각 모듈(10)이 좌표축에 대해 소정의 각도로 비스듬히 기울어져 배치된 모습이 도시되어 있다. (이때, 좌표축에 나타난 수직 방향, 즉 y축 방향은 중력의 작용 방향과 동일한 방향이 된다) 이러한 상태는 냉각 모듈(10)이 열원의 배치 상태에 따라서 도시된 바와 같이 일 측 또는 타 측으로 기울어진 형태로 기기 내부에 장착된 것일 수 있으며, 또는 냉각 모듈(10)이 장착된 기기 자체의 정렬 상태가 변화함으로써 일 측 또는 타 측으로 기기와 함께 기울어진 것일 수도 있다.

냉각 모듈(10)의 내부에서 작동유체는 증발과 응축을 반복하게 되며, 특히, 작동유체의 기화 및 액화가 일어나는 증발부(100) 및 응축부(200)의 내부에는 증기 상태의 작동유체(G)와 액체 상태의 작동유체(F)가 공존하게 된다. 반면에, 증기 유로(110)는 응축부(200)를 향해 상승하는 증기 상태의 작동유체(G)만으로 채워지고, 액체 유로(230) 에는 반대로 증발부(100)를 향해 하강하는 액체 상태의 작동유체(F)만으로 채워진다.

작동유체는 증발부(100)에 유입된 열(Q in)을 흡수하여 증발부(100) 내부에서 증발되고, 증기 상태로 변환된다. 증기 상태의 작동유체(G)는 증기 유로(110)를 따라 상승하여 제1 수집관(210)에 도달하며, 제1 수집관(210)과 제2 수집관(250)의 사이를 연결하는 응축관(220)을 통과하면서, 열(Q out)을 잃고 응축된다. 응축과정에서 작동유체는 다시 액체 상태로 변환된다.

액체 상태로 변환된 작동유체(F)는 기울어진 응축관(220)을 따라서 이동할 수 있으며, 이에 따라, 제1 수집관(210) 또는 제2 수집관(250)에 수집될 수 있다. 이 때, 제1 수집관(210) 및 제2 수집관(250)은 내경이 충분히 커서 수집된 액체 상태의 작동유체(F)가 제1 수집관(210) 및 제2 수집관(250)의 하부에 유지되도록 할 수 있으며, 냉각 모듈(10)이 기울어져 액체 상태의 작동유체(F)의 계면이 변화하는 경우에도 상부에 연결된 증기 유로(110)나, 응축관(220) 방향으로 액체 상태의 작동유체(F)가 역류하는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 제1 수집관(210) 및 제2 수집관(250)에 수집된 액체 상태의 작동유체(F)는 제1 수집관(210) 및 제2 수집관(250)의 하부에 연결된 제1 연결관(231)을 따라서 하방으로만 이동할 수 있으며, 제1 연결관(231)의 중앙부에 연결된 제2 연결관(232)을 따라 더욱 하강하여 증발부(100) 내측으로 직접 토출된다.

이와 같은 과정을 통해 냉각 모듈(10)은 도시된 바와 같이 일 측 또는 타 측으로 기울어져 수직, 수평 방향의 정렬 상태가 변화되는 경우에도 작동유체가 원활히 순환되도록 할 수 있는 것이며, 이로 인해 냉각 모듈(10)의 냉각 성능 역시 일정하게 유지될 수 있는 것이다.

이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 의한 냉각 모듈에 대해 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 냉각 모듈의 사시도이고, 도 5a는 도 4의 냉각 모듈을 BB 선으로 절단한 단면도이며, 도 5b는 도 4의 냉각 모듈의 증발부를 도 5a의 CC 선으로 절단한 단면도이고, 도 6은 도 4의 냉각 모듈의 작동상태를 도시한 단면도이다.

우선, 도 4 내지 도 5b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 냉각 모듈(10a)은, 제1 수집관(210a)과 제2 수집관(250a)의 양단부에 형성되어 제1 수집관(210a) 및 제2 수집관(250a)과 응축관(220)을 서로 연결하는 연결부(240)를 포함한다.

연결부(240)는 제1 수집관(210a)과 제2 수집관(250a)보다 낮은 위치로 만입된 것이며, 구형으로 도시되었으나, 제1 수집관(210a) 및 제2 수집관(250a)보다 낮은 위치로 만입된 부분을 갖도록 형성된 또 다른 형상, 이를 테면, 밀폐된 용기의 형상과 같은 특정되지 않은 형상으로 다양하게 변형 형성될 수 있다.

따라서, 응축관(220)에서 응축된 액체 상태의 작동유체는 제1 수집관(210a) 및 제2 수집관(250a)에 수집된 후, 다시 그보다 낮은 위치로 만입된 연결부(240)로 흐르게 된다. 이 때, 제1 수집관(210a) 및 제2 수집관(250a)은 증기 유로(110) 또는 응축관(220)의 폭과 동일한 폭으로 형성될 수 있으며, 특별히 증기 유로(110) 또는 응축관(220) 보다 더 큰 내경을 가질 필요가 없다. 액체 상태의 작동유체는 응축관(220)을 따라 직접 연결부(240)에 수용될 수도 있다.

이와 같은 경우, 액체 상태의 작동유체가 최종적으로 수용되는 곳은 연결부(240)가 된다. 이에 따라, 제1 연결관(231)은 서로 다른 연결부(240)의 하방에 각각 결합되어 연결부(240)를 서로 연결하고, 제2 연결관(232)은 제1 연결관(231)과 증발부(100)를 서로 연결하여 결국, 연결부(240)의 하방으로 응축부(200a)와 증발부(100)를 연결하는 액체 유로(230)가 형성된다. 이를 통해 응축부에서 액화된 작동유체는 연결부(240)에 수용되고, 연결부(240)에 수용된 액체 상태의 작동유체는 증발부(100)로 다시 귀환할 수 있는 것이다.

한편, 냉각 모듈(10a)은 증발부(100) 내부의 수용공간 사이에 개재되는 지주부(120) 를 포함한다. 지주부(120)는 내측에서 증발부(100)를 지지하여 외부의 충격에 의해 증발부(100)가 변형되거나, 이로 인해 증발부(100) 내부의 수용공간이 축소되는 것을 방지한다. 증기압 차에 의해 순환하는 작동유체는 밀폐된 냉각 모듈(10a) 내부의 압력 변화에 민감하게 반응할 수 있다. 지주부(120)는 증발부(100)의 변형을 방지할 뿐 아니라, 작동유체가 수용되는 증발부(100) 내부의 수용공간의 수축을 방지하여 의도치 않은 냉각 모듈(10a) 내부의 압력 변화를 방지할 수 있다.

이와 함께, 냉각 모듈(10a)은 열원과 접촉하는 접촉면(도 5a의 바닥면)으로부터 돌출되어 증발부(100) 내부의 수용공간을 분할하는 격벽(130)을 포함한다. 격벽(130)은 각각의 사이에 액체 상태의 작동유체를 유지시킬 수 있으며, 이에 따라, 냉각 모듈(10a)이 기울어져 수직, 수평 방향의 정렬 상태가 변하는 경우에도, 액체 상태의 작동유체는 한쪽으로 치우치지 않고 접촉면 위에 고르게 분포되어 흡열할 수 있게 된다. 이 때, 격벽(130)은 증발부(100) 내부의 수용공간이 서로 연통되지 못하도록 완전히 분할하는 것은 아니며, 적절한 높이로 형성되어 액체 상태의 작동유체의 일부는 격벽(130)을 넘어 이동할 수 있다.

즉, 도 5a 에 도시된 바와 같이, 격벽(130)은 냉각 모듈(10a)이 기울어지지 않아 증발부(100)가 수평면(액체 상태의 작동유체가 형성하는 계면과 같다)과 평행하게 정렬된 상태에서는, 증발부(100) 내부에 수용된 액체 상태인 작동유체의 계면보다 낮은 위치가 되도록 형성되며, 도 5b에 도시된 바와 같이, 서로 교차되어 증발부(100)의 접촉면을 가로지르는 격자 형상으로 형성될 수 있다.

도 6은 도 4의 냉각 모듈의 작동상태를 도시한 단면도이다.

도 6을 참조하면, 이러한 냉각 모듈(10a)은 기울어진 상태에서도 격벽(130)과 격벽(130)의 사이에 액체 상태의 작동유체(F)를 유지시킬 수 있어, 유입되는 열(Q in)을 더 잘 흡수하게 되며, 이로 인해 냉각 성능이 향상될 수 있다. 특히, 이러한 구조는 냉각 모듈(10a) 내부에 수용된 작동유체의 양이 적게 유지되는 경우 더욱 효과적일 수 있다.

한편, 응축관(220)에서 열(Q out)을 방출하고 응축된 액체 상태의 작동유체(F)는 제1 수집관(210a) 및 제2 수집관(250a)에 도달하되, 제1 수집관(210a) 및 제2 수집관(250a)에 지속적으로 수용되는 것이 아니고, 전술한 바와 같이 제1 수집관(210a) 또는 제2 수집관(250a)을 따라 흘러 연결부(240)에 수용된다. 액체 상태의 작동유체(F)는 연결부(240)의 하부에 수용되어있어 제1 수집관(210a) 또는 제2 수집관(250a)으로 역류되기 어려우며, 제1 수집관(210a)과 다시 연결되는 증기 유로(110)나, 제2 수집관(250a)과 다시 연결되어 있는 응축관(220)으로 역류되는 것은 실제적으로 불가능할 수 있다.

따라서, 냉각 모듈(10a)은 안정적으로 작동유체를 순환시킬 수 있으며, 이에 따라 냉각 성능이 저하되지 않고 일정하게 유지될 수 있는 것이다.

이하, 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 냉각 모듈에 대해 상세히 설명한다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 냉각 모듈의 사시도들이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의한 냉각 모듈(10b, 10c)은 효과적인 방열을 위해 응축부(200b, 200c)의 구조가 변형된 것이며, 응축부(200b, 200c) 외에, 증발부(100)와 증기 유로(110) 및, 액체 유로(230)의 구성 및 작용은 전술한 증발부, 증기 유로 및, 액체 유로에 관한 설명사항과 동일한 사항이 적용된다. 따라서, 증발부(100)와 증기 유로(110) 및 액체 유로(230)에 관한 설명은 전술한 설명으로 대신하고, 응축부(200b, 200c)에 관해서만 설명하기로 한다.

우선 도 7을 참조하면, 냉각 모듈(10b)은 응축관(220)의 외측에 형성된 복수의 방열핀(221)을 포함한다. 방열핀(221)은 얇은 박막 형태로 응축관(220)을 따라 중층 구조를 이룬 것이며, 응축관(220)은 방열핀(221)을 통해 외기와의 접촉면을 더 넓힐 수 있다. 따라서, 응축관(220) 내측에 도달한 증기 상태의 작동유체는 더 신속히 발열되고, 다시 액체 상태로 전환될 수 있으며, 작동유체는 더 신속히 순환될 수 있다.

방열핀(221)은 서로 인접하여 중층 구조를 이루되, 서로 인접한 방열핀(221)은 적절한 간격을 가져 방열핀(221) 사이로 외기가 충분히 유입되도록 형성되는 것이 바람직하다.

이어서, 도 8을 참조하면, 냉각 모듈(10c)은 판형의 관부재로 형성된 응축관(220c)을 포함한다. 이러한 경우 응축관(220c)은 횡단면의 수평 폭이 수직 폭보다 더 작게 형성될 수 있다. 즉, 응축관(220c)은 판형으로 형성되어 각각의 사이에 외기의 유입공간을 형성하며, 이에 따라 특정한 방향(이를 테면, 냉각 모듈의 상부에서 하부를 향하는 수직방향)으로 흐름을 형성하는 외기와 더욱 효과적으로 접촉할 수 있다. 이러한 형태의 응축관(220c)은 냉각 모듈(10c)이 장착된 기기가 특정한 위치(예를 들면, 기기의 상부)에 통기구 또는 공기 순환구 등을 가지고 있는 경우, 더욱 효과적으로 적용될 수 있다.

이하, 도 9a 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 조명장치에 대해 상세히 설명한다.

도 9a는 본 발명의 일 실시예에 의한 조명장치의 구조를 도시한 단면도이고, 도 9b는 도 9a의 조명장치의 A부분의 확대단면도이며, 도 10은 도 9a의 조명장치의 사용상태를 예시적으로 도시한 단면도이다.

도 9a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 조명장치(1)는 냉각 모듈(10)과, 광원 모듈(500) 및, 광원 모듈(500)과 냉각 모듈(10)을 수용하는 하우징(2)을 포함한다.

조명장치(1)를 구성하는 냉각 모듈(10)은 본 발명에 의한 것으로서, 전술한 실시예들을 통해 예시적으로 설명된 것이며, 증발부(100)와 응축부(200) 그리고, 증발부(100)와 응축부(200)를 서로 연결하는 증기 유로(110) 및 액체 유로(230)를 포함한다.

광원 모듈(500)은 열원으로 작용하며, 복수개가 집적된 형태로 배치된 고휘도 LED(520)와, LED(520)가 실장된 기판(510)으로 구성된다. LED(520)는 Light Emitting Diode 즉, 발광 다이오드를 말하는 것이며, 반도체 소자로서 전류가 흐르면 전자와 정공의 결합과정을 통해 빛을 생성하고 생성된 빛을 외부로 방출한다. LED(520)는 소비 전력에 대비하여 광 효율이 높고, 수명이 길다는 장점이 있으나, 반도체 소자의 특성상 온도에 따라 동작 성능이 급격히 저하되는 단점이 있어 사용시 반드시 냉각 장치가 필요하다. 광원 모듈(500)은 신속한 냉각 효과를 얻기 위해 냉각 모듈(10)의 하부에 위치한 증발부(100)에 기판(510) 부분이 밀착된 상태로 고정된다.

하우징(2)은 광원 모듈(500)과 냉각 모듈(10)을 수용할 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있다. 도면상으로는 내부가 빈 방형의 박스 형태로 형성된 하우징(2)이 도시되었다. 이 때, 하우징(2)의 일단부에는 냉각 모듈(10)의 응축부(200) 중 일부 또는 전부를 외부와 통기시키도록 형성된 개구부(5)가 형성될 수 있으며, 하우징(2)의 하단부에는 광원 모듈(500)에서 발생된 빛을 외부로 조사되도록 투과시키는 투광창(3)이 결합될 수 있다. 응축부(200)의 통기를 위한 개구부(5)는 예를 들어, 하우징(2)의 상단부에 형성될 수 있다.

조명장치(1)가 작동하면, LED(520)가 발광하고, 광원 모듈(500)은 발열된다. 이 때, 광원 모듈(500)에서 발생된 열은 증발부(100)를 통해 즉각 냉각 모듈(10) 내부로 유입되고, 전술한 작동유체의 순환 과정을 거쳐 응축부(200)를 통해 외부로 유출된다. 따라서, 조명장치(1)는 지속적인 사용에도 과열되는 일 없이, 광원 모듈(500)에서 발생된 열을 안정적으로 방열할 수 있으며, LED(520)의 수명 저하나 동작 성능의 저하를 미연에 방지할 수 있는 것이다.

한편, 조명장치(1)는 하우징(2)에 설치되고, 냉각 모듈(10)의 증발부(100)와 응축부(200)를 서로 격리시키는 차단판(400)을 더 포함할 수 있다. 이러한 경우, 냉각 모듈(10)의 증기 유로(110)와 액체 유로(230)는 차단판(400)을 관통하여 결합되며, 증기 유로(110)와 액체 유로(230)는 차단판(400)과 각각의 사이에 삽입 또는 개재되는 형태로 형성되는 밀폐부재(300)에 의해 차단판(400)과 결합된다.

도 9b를 참조하면, 밀폐부재(300)는 다수의 오링들과, 서로 맞결합되는 볼트부(310) 및 너트부(320)로 이루어질 수 있다.

도시된 바와 같이, 볼트부(310)는 액체 유로(230)의 일부를 이루는 제2 연결관(232)의 외주연에 결합되어, 차단판(400) 사이를 관통한다. 한편, 너트부(320)는 관통되어 나온 볼트부(310)의 단부에 결합되어, 볼트부(310)와 제2 연결관(232)을 함께 차단판(400)에 고정시킨다. 이 때, 볼트부(310)와 제2 연결관(232)의 사이에는 내측 오링(311, 312)이 삽입되고, 볼트부(310)와 차단판(400)의 사이 및 너트부(320)와 차단판(400)의 사이에는 다시 외측 오링(331, 332)이 결합되어, 차단판(400)과 밀폐부재(300)사이의 틈새는 완전히 밀폐된다. 내측 오링(311, 312) 및 외측 오링(331, 332)은 각각 복수로 형성될 수 있으며, 각각의 두께는 동일하지 않을 수 있다.

이어서, 도 10을 참조하면, 차단판(400)과 밀폐부재(300)에 의해 완전히 격리된 증발부(100)와 응축부(200)는 차단판(400) 외측에서 외기와 접촉하여 발열하거나, 차단판(400) 내측에서 광원 모듈(500)의 열을 흡수하게 된다. 따라서, 조명장치(1)가 야외에 설치되는 경우에도, 차단판(400)은 눈이나 빗물, 또는 기상 상황에 따라 조명장치(1) 주위로 발생되는 습기가 광원 모듈(500)로 침투하는 것을 차단할 수 있고, 조명장치(1)는 외기와의 접촉이 필요한 응축부(200) 만을 차단판(400) 밖으로 배치하여, 방열 효과를 극대화 할 수 있는 것이다. 하우징(2)의 일 측에는 배수구(4)가 마련되어 있어, 조명장치(1)는 차단판(400) 위로 고인 수분을 조명장치(1)의 외부로 즉시 배출할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 조명장치 2: 하우징
3: 투광창 4: 배수구
5: 개구부 10, 10a, 10b, 10c: 냉각 모듈
100: 증발부 110: 증기 유로
120: 지주부 130: 격벽
200, 200a, 200b, 200c: 응축부 210, 210a: 제1 수집관
220, 220c: 응축관 221: 방열핀
230: 액체 유로 231: 제1 연결관
232: 제2 연결관 240: 연결부
250, 250a: 제2 수집관 300: 밀폐부재
310: 볼트부 311, 312: 내측 오링
331, 332: 외측 오링 320: 너트부
400: 차단판 500: 광원 모듈
510: 기판 520: LED
F: 액체 상태의 작동유체 G: 증기 상태의 작동유체

Claims (13)

1. 내부에 작동유체가 수용되는 수용공간이 형성되고, 열원과 접하는 접촉면이 수평면을 이루는 플레이트 형상으로 형성되며, 상기 열원으로부터 열을 전달 받아 상기 작동유체가 기화되는 증발부;
   수평 방향으로 병렬 배열된 복수의 응축관과 상기 복수의 응축관의 양단을 각각 연결하는 제1 수집관과 제2 수집관을 포함하여, 상기 증발부에서 기화된 증기 상태의 상기 작동유체가 응축하는 응축부;
   상기 증발부와 상기 응축부를 서로 연결하여 상기 증발부에서 기화된 상기 작동유체를 상기 응축부로 전달하며, 일단부가 상기 증발부 내부의 액체 상태의 상기 작동유체의 계면보다 높은 위치에 위치하고, 타단부는 상기 제1 수집관 내부의 액체 상태의 상기 작동유체의 계면보다 높은 위치에 위치하도록 상기 증발부 및 상기 제1 수집관과 각각 결합되는 증기 유로 및,
   상기 제1 수집관과 상기 제2 수집관을 서로 연결하고 상기 제1 수집관과 상기 제2 수집관의 하부로 연장된 제1 연결관과, 상기 제1 연결관과 상기 증발부를 서로 연결하며, 일단부가 상기 증발부 내부에 수용된 액체 상태의 상기 작동유체의 계면보다 낮은 위치에 위치하는 제2 연결관을 포함하는 액체 유로를 포함하는 냉각 모듈.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 수집관과 상기 제2 수집관은 내경이 상기 응축관보다 크며, 상기 응축관은 상기 제1 수집관과 상기 제2 수집관 내부의 액체 상태의 상기 작동유체의 계면보다 높은 위치에 각각 결합된 냉각 모듈.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 수집관과 상기 제2 수집관의 양단부에 각각 형성되며, 상기 제1 수집관과 상기 제2 수집관 보다 낮은 위치로 만입된 연결부를 더 포함하여, 액체 상태의 상기 작동유체가 상기 제1 수집관 및 상기 제2 수집관으로부터 상기 연결부로 흐르는 냉각 모듈.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 제1 연결관은 상기 연결부를 서로 연결하고, 상기 제2 연결관은 상기 제1 연결관과 상기 증발부를 서로 연결하는 냉각 모듈.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 증발부의 상기 수용공간 사이에 개재되어, 상기 증발부를 지지하여 변형을 방지하는 적어도 하나의 지주부를 더 포함하는 냉각 모듈.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 접촉면으로부터 돌출되어 상기 수용공간을 분할하는 격벽을 더 포함하는 냉각 모듈.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 격벽은 상기 증발부가 수평면과 평행을 이룬 상태의 상기 증발부 내부의 액체 상태의 작동유체의 계면보다 낮게 형성되는 냉각 모듈.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 격벽은 격자 형상을 이루는 냉각 모듈.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 응축관의 외측에 박막 형상으로 형성된 복수의 방열핀을 더 포함하는 냉각 모듈.
10. 제 1항에 있어서,
    상기 응축관은 횡단면의 수평 폭이 수직 폭보다 더 작은 판형의 관부재인 냉각 모듈.
11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항의 냉각 모듈;
    상기 접촉면에 부착되고, 빛을 방출하는 광원 모듈 및,
    상기 광원 모듈과 상기 냉각 모듈을 수용하는 하우징을 포함하는 조명장치.
12. 제 11항에 있어서,
    상기 하우징에 설치되며, 상기 증발부와 상기 응축부를 서로 격리시키는 차단판을 더 포함하고,
    상기 증기 유로와 상기 액체 유로는 상기 차단판을 관통하되, 상기 증기 유로와 상기 액체 유로는 밀폐부재에 의해 상기 차단판과 결합되는 조명장치.
13. 제 12항에 있어서,
    상기 하우징은 일단부에 상기 응축부 중 적어도 일부를 외부와 통기시키는 개구부를 포함하는 조명장치.
    

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