KR101407621B1 - Ｌｅｄ 방열 및 저온구동을 위한 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 LED 방열 및 저온구동을 위한 장치는 전원인가시 발광되는 LED 소자가 구비된 발광부; 발광부의 발광시 발광부에서 발열된 열을 전달받아 LED 소자의 발열면적보다 넓은 면적으로 열이 분산되어 방열되도록 제공된 방열부; 발광부와 방열부 사이에 설치된 히터; 상부개구와 하부개구가 마련된 구조를 가지고, 하부개구가 방열부의 상부에 끼움결합되는 몸체부; LED 소자와 소정의 간격만큼 이격되고 상부개구를 덮도록 몸체부에 연결되어, LED 소자에서 발광된 빛이 투과되는 투광판; 히터와 투광판 사이에 설치되고, 히터로부터 열을 전달받도록 히터에 연결되어, 히터 또는 발광부에서 발생된 열을 투광판으로 전달하여, 극저온상태에서 투광판에 결로(結露)의 생성을 방지하는 열전달부를 포함하는 것이 바람직하다.

Description

ＬＥＤ 방열 및 저온구동을 위한 장치{APPARATUS FOR RADIATING HEAT OF ＬＥＤ AND DRIVING LOW-TEMPERATURE OF ＬＥＤ}
본 발명은 LED 방열 및 저온구동을 위한 장치에 관한 것이며, 상세하게는 외부환경이 극저온상태인 경우에도, 외부 환경에 영향을 받지 않고 안정적으로 발광할 수 있는 LED 방열 및 저온구동을 위한 장치에 관한 것이다.
일반적으로 조명등은 전기에너지를 빛에너지로 변환하여 야간에 실내나 실외에서 물체를 식별할 수 있도록 광을 제공하거나 물체를 조사하기 위해 사용되며, 최근에는 실내 장식이나 다양한 색 연출을 위하여 조명을 이용하는데, 대체로 백열등, 형광등, 할로겐등, 메탈할라이드등, 수은등, 나트륨등을 사용한다.
그러나, 백열등은 가격은 저렴하나 수명이 짧고, 발광효율이 떨어지며, 휘도가 높아 눈부심을 일으키고, 많은 열이 발생하며, 형광등은 백열 전구보다 에너지 효율이 높아 전력소비는 적으나, 점등대기 시간이 길고, 수명이 짧다. 또한 나트륨등, 수은등, 메탈하라이드등은 전력소비가 크며, 눈부심을 일으킬 수 있으며, 수명 또한 길지 못한 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점 때문에 최근에는 수명이 반 영구적이고, 소비전력이 적으면서 고효율의 조도를 얻을 수 있는 LED(lighting emitting diode)를 이용한 조명등이 다양한 용도로 개발되고 있다. 한국공개특허 10-2012-0080871호에는 엘이디조명등의 냉각장치가 개시되어 있다.
LED 조명등은 빠른 처리속도와 낮은 전력소모 등의 장점을 가지며, 친환경적이고 에너지 효율이 높아서 이용도가 점차 늘어가는 추세이다. 또한, LED를 이용한 조명등은 일반 조명등에 비해 60∼80%의 전력이 절감되며 50,000시간 이상의 반영구적인 수명을 가지며 눈부심이 발생하지 않기 때문에 조명등으로 각광을 받고 있다.
이와 같은 유용한 효능을 가진 LED 조명등이라도, 고출력 LED의 경우 소비전력이 높아 발생되는 열을 해결하기 위해 방열이 필수적인데, 방열을 해결치 못하고 발생된 열을 내부에서 지속적으로 지니게 되면 소자의 온도가 상승하여 효율적인 광방출을 저해하게 되고, 열적 스트레스에 따라 수명이 급격히 감소되는 문제점이 있다.
그리고, 일반적으로 LED조명은 가동온도가 낮을수록 효율이 상승하지만, 영하 40도 이하의 극저온 상태에서는 저온으로 인하여 저항값이 상승하여 제대로 전류가 흐르지 못하므로, LED의 효율이 20% 가량으로 감소한다.
상온에서는 기존 방열설계를 통해 열을 방출하기만 하면 되지만, 영하 40도의 극저온 상태에서는 LED를 가열할 수단이 없어 효율이 감소하게 되는 문제점이 있다.
또한, 경계등 및 LED조명은 극저온 상태에서, 내부의 수분으로 인해 서리가 발생하게 되고, 서리가 발생하면, 조명의 내부 상태를 알 수 없게 될 뿐만 아니라, 서리가 녹아서 생기는 물방울로 인해 고장의 우려가 존재한다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 외부환경이 극저온상태인 경우에도, 외부 환경에 영향을 받지 않고 안정적으로 발광할 수 있는 LED 방열 및 저온구동을 위한 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LED 방열 및 저온구동을 위한 장치는 전원인가시 발광되는 LED 소자가 구비된 발광부; 발광부의 발광시 발광부에서 발열된 열을 전달받아 LED 소자의 발열면적보다 넓은 면적으로 열이 분산되어 방열되도록 제공된 방열부; 발광부와 방열부 사이에 설치된 히터; 상부개구와 하부개구가 마련된 구조를 가지고, 하부개구가 방열부의 상부에 끼움결합되는 몸체부; LED 소자와 소정의 간격만큼 이격되고 상부개구를 덮도록 몸체부에 연결되어, LED 소자에서 발광된 빛이 투과되는 투광판; 히터와 투광판 사이에 설치되고, 히터로부터 열을 전달받도록 히터에 연결되어, 히터 또는 발광부에서 발생된 열을 투광판으로 전달하여, 극저온상태에서 투광판에 결로(結露)의 생성을 방지하는 열전달부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열전달부는 일측이 개방된 디귿(ㄷ)자 형 단면을 가지고, 개방된 일측에 마련된 종단이 절곡되어 방열부의 상단에 끼움결합되는 구조를 가진 복수의 열전달판을 포함하고, 복수의 열전달판은 LED 소자에서 방출된 빛의 경로를 차단하지 않도록 상호 간에 소정의 간격만큼 이격되게 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서, 발광부에는 발광부에서 발생되는 온도를 감지토록 제공된 온도센서가 더 구비된 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서, 히터는 발광부의 미작동시 온도센서에 의해 감지된 온도가 영하로 떨어지면 작동되고, 히터에서 발생된 열은 열전달부를 통해 투광판으로 전달되어, 투광판의 결로 생성을 방지하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서, 히터는 온도센서에 의해 감지된 온도가 5℃ 이상이 되면 가동이 중지되고, 열전달부는 방열부의 열을 투광판으로 전달하여 투광판의 결로 생성을 방지하는 것이 바람직하다.
본 발명은 히터 또는 방열부에서 발생된 열이 열전달부를 통해 투광창으로 전달되는 구조를 가져, 극저온상태인 외부환경으로 인해, LED 소자에서 발생된 열과 외부온도 차이로 인해 투광창에 생성될 수 있는 결로 발생을 방지할 수 있다.
아울러, 본 발명은 결로가 녹는 과정에서 생긴 수분에 의해 LED 소자 등의 내부 부품이 손상되는 것을 방지할 수 있고, 이로 인해 LED 방열 및 저온구동을 위한 장치의 사용수명을 연장시킬 수 있다.
외부환경이 극저온상태인 경우에도, 외부 환경에 영향을 받지 않고 안정적으로 발광할 수 있는 LED 방열 및 저온구동을 위한 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 방열 및 저온구동을 위한 장치의 사시도를 개략적으로 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 방열 및 저온구동을 위한 장치의 분해사시도를 개략적으로 도시한 것이며,
도 3은 도 1의 A-A를 따라 절취한 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예에 따른 LED 방열 및 저온구동을 위한 장치에 대해 설명하기로 한다. 여기서, 본 발명에 따른 실시 예들을 설명하는데 있어서, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하며, 필요에 따라 그 설명은 생략할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 방열 및 저온구동을 위한 장치(100)는 발광부(110), 방열부(120), 몸체부(130), 투광창고정판(140), 투광창(150), 히터(160) 및 열전달부(170)를 포함한다.
본 발의 일 실시예에 따른 발광부(110)는 전원인가시 발광되는 LED(Light Emitting Diode) 소자와, 상기 LED소자(111)가 설치되는 PCB기판(112)으로 이루어진다. PCB기판(112)의 상면에는 LED소자(111)가 구비되고, PCB기판(112)의 하면에는 히터(160) 및 방열부(120)가 연결된다.
LED소자(111)와 PCB기판(112)은 공지된 부품이 사용가능하며, 이에, 본 발명의 일 실시예에서는 LED소자(111)와 PCB기판(112)의 형상, 종류, 기능 등에 대해 특별하게 한정하지 않기로 한다. 또한, 발광부(110)는 LED소자(111)의 빛을 집중시키도록 반사부(미도시)가 구비될 수 있고, 조명등의 용도에 따라 다양한 변경이 가능하다. LED소자(111)에 전원이 인가되어 LED소자(111)가 점등된 경우에 점등시간이 길어지면 길어질수록, LED소자(111)에서 발열이 일어난다.
본 발명의 일 실시예에서, 발광부(110)에서 발생된 열을 냉각토록 방열부(120)가 제공된다. 여기서, 도 3에 도시된 바와 같이, 방열부(120)는 PCB기판(112)의 하면에 위치되며, 이때, 발광부(110)의 PCB기판(112)과 방열부(120)는 몸체부(130)에 의해 연결된다.
본 실시예에서, 방열부(120)는 방열스프레더(121)와 방열파이프(122)로 이루어진다. 여기서, 방열스프레더(121)는 PCB기판(112)의 하부에 설치된다. 이때, 방열스프레더(121)의 상부는 단턱진 형상을 가지고, 방열스프레더(121)의 하면에는 복수의 방열파이프(122)가 마련된다. 방열스프레더(121)의 상부에는 몸체부(130)가 끼움결합된다.
본 실시예에서는 방열스프레더(121)의 재질에 대해 특별히 한정하지 않기로 한다. 다만, 방열스프레더(121)는 LED소자(111)의 발광시 발생된 열이 PCB기판(112)을 통해 방열파이프(122)로 용이하게 전달되도록 열전도율이 높은 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에서, 복수의 방열파이프(122)는 발광부(110)의 발열이 잘 이루어질 수 있도록 마련된 것으로서, 상호 간에 소정의 간격마다 이격되어 위치되어, 공기의 접촉면적을 증대시킴으로써 방열을 용이하게 하기 위함이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 방열파이프(122)는 발광부(110)에서 발열된 열이 고온에서 저온 방향으로 용이하게 전달되도록, 열전도율이 높은 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
이하에서는, 발광부(110)와 방열부(120)를 고정하는 몸체부(130)에 대해 설명하기로 한다.
본 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 몸체부(130)는 내부가 중공되고, 상부개구(131)와 하부개구(132)가 마련된 구조를 가진다. 여기서, 하부개구(132)는 방열스프레더(121)의 단턱진 상부로 삽입되어 끼움결합되고, 상부개구(131)가 마련된 몸체부(130)에는 단턱진 홈(133)이 마련되고, 이 단턱진 홈(133)에는 투광창(150)이 안착된다.
본 실시예에서, 투광창(150)은 LED소자(111)에서 발광된 빛이 투과되는 부재이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 투광창(150)은 LED소자(111)와 소정의 간격만큼 이격되고 상부개구(131)를 덮도록 몸체부(130)의 단턱진 홈(133)에 연결된다. 투광창(150)은 강화유리재질로 이루어진 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 LED 방열 및 저온구동을 위한 장치(100)는 투광창(150)이 몸체부(130)에서 이탈되는 것을 방지하기 위해, 투광창(150)을 몸체부(130)에 고정시키는 투광창고정판(140)이 마련된다. 여기서, 투광창고정판(140)은 투광창(150)의 가장자리를 덮도록 몸체부(130)의 상부에 끼움결합되어, 투광창(150)이 몸체부(130)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는, 극저온상태에서 투광창에 발생가능한 결로의 생성을 방지토록 제공된 히터(160) 및 열전달부(170)에 대해 설명하기로 한다.
본 실시예에서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 히터(160)는 발광부(110)와 방열부(120) 사이에 설치된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 히터(160)는 영하 40℃정도의 극저온 상태에서 LED소자(111)로 열을 제공하여, 극저온상태에 의해 LED소자(111)가 미작동되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 히터(160)는 발광부(110)의 미작동시, 주변환경의 극저온상태로 인해 투광창(150)에 결로가 생길 수 있는 상황에서 작동되어, 투광창(150)으로 열을 제공한다. 본 실시예에 따른 히터(160)는 발광부(110)에 설치된 온도센서(180)에서 감지된 온도가 영하인 경우에 작동되어 히터(160)에 연결된 열전달부(170)로 열을 제공하며, 이때, 발광부(110)는 미작동상태이다. 발광부(110)의 작동상태에서, 히터(160)는 미작동되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서, 열전달부(170)는 히터(160)와 투광창(150) 사이에 설치되고, 히터(160)로부터 열을 전달받도록 히터(160)에 연결되어, 히터(160) 또는 발광부(110)에서 발생된 열을 투광창(150)으로 전달하는 부재이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열전달부(170)는 복수의 열전달판(171, 172, 173, 174)을 포함한다. 여기서, 열전달판(171, 172, 173, 174)은 일측이 개방된 디귿(ㄷ)자 형 단면을 가지고, 개방된 일측에 마련된 종단이 절곡되어 방열부(120)의 상단에 끼움결합되는 구조를 가진다.
본 실시예에서, 복수의 열전달판(171, 172, 173, 174)은 LED소자(111)에서 방출된 빛의 경로를 차단하지 않도록 상호 간에 소정의 간격만큼 이격되게 설치되는 것이 바람직하며, 복수의 열전달판(171, 172, 173, 174)의 설치개수는 당업자의 입장에서 자명한 범위에서 가변가능함은 물론이다.
이하에서는 히터(160) 또는 발광부(110)의 작동시, 열전달부(170)를 통해 전달되는 열의 진행과정을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에서, 히터(160)는 발광부(110)의 미작동시 온도센서(180)에 의해 감지된 온도가 영하로 떨어지면 작동되고, 온도센서(180)에 의해 감지된 온도가 5℃ 이상이 되면 가동이 중지된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LED 방열 및 저온구동을 위한 장치(100)는 발광부(110)의 미작동시, 극저온상태에서 작동되는 히터(160)에서 발생한 열이 열전달부(170)를 통해 투광창(150)으로 제공하는 구조를 가짐으로써, 투광창(150)의 결로 생성을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 방열 및 저온구동을 위한 장치(100)는 발광부(110)의 작동시, 방열부(120)의 열을 열전달부(170)를 통해 투광창(150)으로 제공하는 구조를 가짐으로써, 투광창(150)의 결로 생성을 방지할 수 있다. 발광부(110)의 작동시에는 히터(160)는 작동되지 않는데, 이는 발광부(110)에서 발생된 열을 효율적으로 제어하기 위함이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 LED 방열 및 저온구동을 위한 장치(100)는 LED 방열 및 저온구동을 위한 장치(100)의 내부의 온도와 LED 방열 및 저온구동을 위한 장치(100)의 외부온도 차이에 의해 수분이 발생되고, 투광창(150)에 응집된 수분이 극저온상태의 외부환경에 의해 얼어 발생되는 결로의 생성을 히터(160)와 열전달부(170)의 작동을 통해 방지할 수 있고, 또한, 결로(結露)가 녹아서 생기는 물방울로 인한 LED 방열 및 저온구동을 위한 장치(100)의 내부부품의 고장 우려를 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: LED 방열 및 저온구동을 위한 장치 110: 발광부
120: 방열부 130: 몸체부
140: 투광창고정판 150: 투광판
160: 히터 170; 열전달부

Claims (5)

  1. 전원인가시 발광되는 LED 소자가 구비된 발광부;
    상기 발광부의 발광시 상기 발광부에서 발열된 열을 전달받아 상기 LED 소자의 발열면적보다 넓은 면적으로 열이 분산되어 방열되도록 제공된 방열부;
    상기 발광부와 상기 방열부 사이에 설치된 히터;
    상부개구와 하부개구가 마련된 구조를 가지고, 상기 하부개구가 상기 방열부의 상부에 끼움결합되는 몸체부;
    상기 LED 소자와 소정의 간격만큼 이격되고 상기 상부개구를 덮도록 상기 몸체부에 연결되어, 상기 LED 소자에서 발광된 빛이 투과되는 투광판;
    상기 히터와 상기 투광판 사이에 설치되고, 상기 히터로부터 열을 전달받도록 상기 히터에 연결되어, 상기 히터 또는 상기 발광부에서 발생된 열을 상기 투광판으로 전달하여, 극저온상태에서 상기 투광판에 결로(結露)의 생성을 방지하는 열전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 방열 및 저온구동을 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 열전달부는
    일측이 개방된 디귿(ㄷ)자 형 단면을 가지고, 개방된 일측에 마련된 종단이 절곡되어 상기 방열부의 상단에 끼움결합되는 구조를 가진 복수의 열전달판을 포함하고,
    상기 복수의 열전달판은 상기 LED 소자에서 방출된 빛의 경로를 차단하지 않도록 상호 간에 소정의 간격만큼 이격되게 설치되는 것을 특징으로 하는 LED 방열 및 저온구동을 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광부에는 상기 발광부에서 발생되는 온도를 감지토록 제공된 온도센서가 더 구비된 것을 특징으로 하는 LED 방열 및 저온구동을 위한 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 히터는 상기 발광부의 미작동시 상기 온도센서에 의해 감지된 온도가 영하로 떨어지면 작동되고, 상기 히터에서 발생된 열은 상기 열전달부를 통해 상기 투광판으로 전달되어, 상기 투광판의 결로 생성을 방지하는 것을 특징으로 하는 LED 방열 및 저온구동을 위한 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 히터는 상기 온도센서에 의해 감지된 온도가 5℃ 이상이 되면 가동이 중지되고,
    상기 열전달부는 상기 방열부의 열을 상기 투광판으로 전달하여 상기 투광판의 결로 생성을 방지하는 것을 특징으로 하는 LED 방열 및 저온구동을 위한 장치.
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