KR101410604B1 - 자연 기류를 이용한 엘이디 조명 입체냉각구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자연기류를 이용한 엘이디 조명 입체냉각구조에 관한 것으로서, 열 방출공(11)이 다수개 형성된 케이싱(10)과, 케이싱 내에 안내 조립되어 전원공급으로서 빛을 조사하는 엘이디 조명모듈(20)과, 엘이디 조명모듈과 밀접되게 설치되어 엘이디 조명모듈로부터 발산되는 열을 흡수하여 방열시키는 히트싱크(30)와, 히트싱크에 근접 설치되어 히트싱크로부터 발산되는 열을 방출시키는 방열팬(40)을 포함하여 구성된 엘이디 조명등(1)에 있어서, 상기 방열팬(40)은 케이싱(10)의 상부에 설치되는 베어링(50)과, 상기 베어링(50)에 회전가능하게 관통 결합되는 회전축(60)과, 상기 케이싱(10)의 외측에 위치하는 상기 회전축(60)의 상부에 결합되어 자연기류에 의해 회전하는 제1팬(70)과, 상기 케이싱(10) 내측으로 위치되는 회전축(60)의 하부에 설치되어 제1팬(70)의 회전으로 동시 회전되어 히트싱크(30)로부터 발생한 열을 방출시키기 위한 제2팬(80)으로 설치된 것을 특징으로 하는바, 본 발명의 엘이디 조명 입체냉각구조는 전원공급이 아닌 자연 기류로서 방열팬을 구동하여 엘이디 조명모듈의 전력소비를 최대한 줄이고, 엘이디 조명모듈, 히트싱크를 통해 발산되는 열을 입체적으로 냉각시켜 효율적인 방열효과와 더불어 케이싱을 통해 배출되는 더운 공기는 방열팬을 구성하는 제1팬에 대류작용으로서 회전을 도와 엘이디 조명모듈 작동에 따른 광 효율성을 높여줌은 물론, 엘이디 조명의 수명을 연장시켜 주도록 하며, 무소음 작동으로 환경의 정숙함을 더해줄 수 있는 효과가 있다.

Description

자연 기류를 이용한 엘이디 조명 입체냉각구조{Solid cooling structure of LED lighting using nature air flow}

본 발명은 엘이디 조명 입체냉각구조에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 엘이디 조명을 구성함에 있어, 자연적인 기류(풍력)로서 팬을 구동하여 엘이디 조명모듈, 히트싱크를 통해 발산되는 열을 효과적으로 방출시켜 엘이디 조명모듈을 최적의 조건으로 광 효율성을 높이면서도 엘이디 조명의 수명을 연장시켜 주도록 하며, 무소음 작동으로 환경의 정숙함을 더해줄 수 있도록 한 자연기류를 이용한 엘이디 조명 입체냉각구조에 관한 것이다.

일반적으로 조명장치에 사용되는 광원으로는 백열램프, 형광램프 등이 사용되나, 최근에는 발광 다이오드(Light emitting diode: LED) 등의 엘이디 소자가 채용되고 있다.

상기 엘이디 소자는 발광 효율이 높고 소비전력이 낮으며 친환경적이라는 많은 장점이 있어 때문에, 상기 엘이디 소자를 사용하는 기술분야가 점점 증가하고 있는 추세이다.

상기 엘이디 조명등은 일반 실내용부터 실외에 설치되는 가로등, 조경등 매우 다양하다.

조명등은 기본적으로 케이싱과, 케이싱 내에 안치되는 엘이디 소자가 인쇄회로기판에 다수개 구비된 엘이디 모듈, 엘이디 모듈의 점등에 따라 발생하는 열을 방열시키는 히트싱크(Heat sink) 외에 빛 산란커버 내지 반사갓이 설치된다.

상기 히트싱크는 가공성이 좋고, 열전도성이 뛰어난 알루미늄소재로 제작되며, 인쇄회로기판과 밀접되게 설치되어 대기중의 공기와 접촉함으로써 엘이디 모듈로부터 발생하는 열을 외부로 방출하여 냉각시켜 줌으로써, 엘이디 조명모듈의 수명을 연장하고 있다.

최근에는 엘이디 소자의 설치 개수는 현저히 줄이면서도 밝기를 극대화시킬 수 있는 고휘도의 엘이디가 사용되고 있다. 그만큼 밝은 빛을 내기 위한 엘이디 조조명은 조명모듈로부터 고열이 발생하기 때문에 이를 효율적으로 냉각시켜 주어야 한다. 가령, 엘이디모듈의 냉각이 효율적으로 이루어지면 엘이디 조명모듈의 광 효율이 점차 떨어지는 것을 방지할 수 있고 수명을 연장할 수 있게 된다.

상기와 같은 관점에서 선행기술로서 대한민국 등록특허 제10-1216289호(발명의 명칭: 광반도체 조명장치)가 개시되어 있다.

상기 선행기술은 광반도체 조명장치(1000)는 하우징(HS), 히트싱크(300), 팬(fan, 400), 광원모듈(500), 확산판(600), 밀봉부재(610), 플레이트 고정유닛(620) 및 반사갓(700)을 포함하는 구성으로 이루어져 있다.

상기와 같은 조명장치에서 적용되는 광원모듈 또한 엘이디 조명모듈인 것으로, 그 상부에 히트싱크 및 팬이 위치하여 광원모듈에서 발산되는 열을 효과적으로 방열시킬 수 있도록 한 구조이나, 상기 팬은 별도의 전원공급으로서 작동하여 강제 회전시켜 주는 것으로서, 소음이 다량 발생하는 문제점이 있고, 팬의 구동으로서 전력소모가 높고, 팬의 고장시에는 교체가 전반적으로 이루어져야 하는 단점이 지적되고 있다.

본 발명은 상기와 같이 제반되는 종래의 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 엘이디 조명을 구성함에 있어, 자연적인 기류(풍력)로서 팬을 구동하여 엘이디 조명모듈, 히트싱크를 통해 발산되는 열을 효과적으로 방출시켜 엘이디 조명모듈을 최적의 조건으로 광 효율성을 높이면서도 엘이디 조명의 수명을 연장시켜 주도록 하며, 무소음 작동으로 환경의 정숙함을 더해줄 수 있도록 한 자연기류를 이용한 엘이디 조명 입체냉각구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 열 방출공이 다수개 형성된 케이싱과, 케이싱 내에 안내 조립되어 전원공급으로서 빛을 조사하는 엘이디 조명모듈과, 엘이디 조명모듈과 밀접되게 설치되어 엘이디 조명모듈로부터 발산되는 열을 흡수하여 방열시키는 히트싱크와, 히트싱크에 근접 설치되어 히트싱크로부터 발산되는 열을 방출시키는 방열팬을 포함하여 구성된 엘이디 조명등에 있어서,

상기 방열팬은 케이싱의 상부에 설치되는 베어링과, 상기 베어링에 회전가능하게 관통 결합되는 회전축과, 상기 케이싱의 외측에 위치하는 상기 회전축의 상부에 결합되어 자연기류에 의해 회전하는 제1팬과, 상기 케이싱 내측으로 위치되는 회전축의 하부에 설치되어 제1팬의 회전으로 동시 회전되어 히트싱크로부터 발생한 열을 방출시키기 위한 제2팬으로 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상기 제1팬은 회전축 상에 결합 고정되며, 외측둘레에 바(bar) 형의 연결대가 원주상에 횡으로 다수개 마련된 연결축부와, 상기 연결대에 각각 일측이 결합되며, 상부로부터 양측은 함몰 형성되어 T자 형의 단면적을 갖는 날개부로 이루어지고, 상기 제2팬은 상방향 또는 하방향으로 공기유동을 갖도록 하는 프로펠러형으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상기 케이싱의 열 방출공은 제2팬의 회전에 따라 공기의 유입 및 방출이 용이하도록 케이싱의 상부, 측부, 하부에 각각 다수개 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 엘이디 조명 입체냉각구조는 전원공급이 아닌 자연 기류로서 방열팬을 구동하여 엘이디 조명모듈의 전력소비를 최대한 줄이고, 엘이디 조명모듈, 히트싱크를 통해 발산되는 열을 입체적으로 냉각시켜 효율적인 방열효과와 더불어 케이싱을 통해 배출되는 더운 공기는 방열팬을 구성하는 제1팬에 대류작용으로서 회전을 도와 엘이디 조명모듈 작동에 따른 광 효율성을 높여줌은 물론, 엘이디 조명의 수명을 연장시켜 주도록 하며, 무소음 작동으로 환경의 정숙함을 더해줄 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 조명장치를 일예로 도시한 단면도,
도 2는 본 발명인 엘이디 조명등의 입체냉각구조를 보여주는 종단면도,
도 3은 도 2에서 본 발명에 따른 방열팬을 발췌하여 도시한 정면도,
도 4는 본 발명에 따른 방열팬을 구성하는 제1팬을 도시한 평면도,
도 5는 본 발명에 따른 제1팬을 절개하여 도시한 단면도이다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

열 방출공(11)이 다수개 형성된 케이싱(10)과, 케이싱 내에 안내 조립되어 전원공급으로서 빛을 조사하는 엘이디 조명모듈(20)과, 엘이디 조명모듈과 밀접되게 설치되어 엘이디 조명모듈로부터 발산되는 열을 흡수하여 방열시키는 히트싱크(30)와, 히트싱크에 근접 설치되어 히트싱크로부터 발산되는 열을 방출시키는 방열팬(40)을 포함하여 구성된 엘이디 조명등(1)에 있어서,

상기 방열팬(40)은 케이싱(10)의 상부 중앙에 베어링(50)이 설치되고, 상기 베어링(50)의 중심 축 하우징에는 회전축(60)이 관통 되어 설치된다.

상기 케이싱(10)의 외측에 위치하는 회전축(60)의 상부에는 자연기류에 의해 회전하는 제1팬(42)이 결합 설치되고, 상기 케이싱(10) 내측으로 위치되는 회전축(60)의 하부에 설치되어 제1팬(42)의 회전으로 동시 회전되어 히트싱크(30)로부터 발생한 열을 방출시키기 위한 제2팬(44)이 설치되어 엘이디 조명등의 방열작용이 이루어지도록 한 구조이다.

상기 제1팬(42)은 회전축 상에 결합 고정되며, 외측둘레에 바(bar) 형의 연결대(42-1)가 원주상에 횡으로 다수개 마련된 연결축부(42-2)와, 상기 연결대(42-1)에 각각 일측이 결합되며, 상부로부터 양측은 함몰 형성되어 T자 형의 단면적을 갖는 날개부(42-3)로 이루어진다.

상기 제2팬(44)은 상방향 또는 하방향으로 공기유동을 갖도록 하는 프로펠러형으로 이루어진다.

통상적으로 프로펠러는 선풍기, 환풍기의 날개와 같은 형태로 다수개의 날개편이 소정의 각도로 비틀어져 공기의 강제유동이 이루어지도록 한 것이다.

한편, 상기 케이싱(10)의 열 방출공(11)은 제2팬(44)의 회전에 따라 공기의 유입 및 방출이 용이하도록 케이싱의 상부, 측부, 하부에 각각 다수개 형성된다.

이는 상기 제2팬(44)의 정회전 혹은 역회전에 따라 방열된 공기의 배출을 케이싱(10)의 상부와 측부 또는 측부와 하부측의 열 방출공(11)을 통해 배출이 이루어지도록 하여 입체 냉각이 이루어지도록 한 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명인 자연기류를 이용한 엘이디 조명 입체냉각구조에 따른 그 작용을 기술하면 다음과 같다.

먼저, 엘이디 조명등(1)의 점등은 통상적으로 전원공급에 의해 엘이디 조명모듈(20)을 통해 점등되고, 빛의 확산으로 어두운 곳을 밝히게 된다.

이때 엘이디 조명모듈(20)을 통해 발생하는 발열은 1차적으로 엘이디 조명모듈과 밀접되어 케이싱(10) 내에 고정된 히트싱크(30)를 통해 열을 흡수하고, 여기서 흡수된 열은 히트싱크(30)의 냉각핀 부분을 통해 공기와의 접촉에 의해 방열된다.

한편, 상기 케이싱(10)의 상부 중앙에 설치된 방열팬(40)에 의해 냉각시켜 줄 수 있게 된다.

상기 방열팬(40)에 대해 좀더 자세히 설명하면, 케이싱(10) 중앙측 베어링(50)에 결합된 회전축(60)상에 설치된 제1팬(42)과 제2팬(44)은 자연 발생하는 바람에 의해 시계방향 혹은 역방향으로 동시에 회전이 이루어지면서 상기 히트싱크(30)로부터 방열되는 열을 효과적으로 케이싱(10) 외부로 배출시켜 준다.

상기와 같은 형태는 외부에 위치한 상기 제1팬(42)이 정방향 혹은 역방향으로 바람의 방향에 따라 회전이 이루어지게 되며, 회전축(60)을 통한 제2팬(44)의 회전으로서 케이싱(10) 내부의 공기를 외부로 배출하게 된다.

상기 제1팬(42)은 첨부된 도 5에서 도시한 바와 같이 프로펠러형으로 형성된 제2팬(44)과는 달리 그 단면적이 T자형으로 형성되어 있어 날개부(42-3)의 양측 어느 방향에서 바람이 일게 되면, 바람이 부는 방향에 의해 회전이 이루어지게 되는 것이며, 특히 날개부(42-3)의 양측 상부에 횡으로 된 부분은 케이싱(10)의 상부측에 위치한 열 방출공(11)으로부터 방출되는 열의 대류작용으로서 어느 방향이든 공기의 힘이 미치는 방향에 의해 자연스럽게 회전할 수 있는 것이다.
즉, 상기 날개부(42-3)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 연결대(42-1) 각각에 일측이 결합되며 상부에서 하부로 내려갈수록 양측은 함몰부가 형성되는 T자 형의 단면적을 가짐으로써, 상기 케이싱(10)의 열 방출공(11)으로부터 방출되는 열이 상승하면서 T자의 하부 함몰부에서 공기의 힘이 미치는 방향에 따라 어느 방향이든 자연스럽게 회전되도록 열의 대류작용을 받아 회전하는 것이다.

상기 제1팬(42)은 회전축(60)으로부터 연결된 연결축부(42-2)의 연결대(42-1)에 각각 연결 설치된 것으로서, 회전이 이루어지는 가운데 방출되는 공기 열에 의해 회전을 도와 회전축(60)을 통한 제2팬(44)을 효율적으로 회전시킬 수 있게 된다.

상기 제2팬(44)의 회전방향에 따라 공기는 케이싱(10)의 상부, 측부, 하부측에 형성된 열 방출공(11)을 통해 강제 흡입이 이루어지거나 혹은 그 반대로 배출이 이루어지는 것으로서 자연 발생한 바람에 의해 정,역회전할 수 있는 제2팬(44)의 회전에 따라 케이싱(10) 내부에서 공기유동을 갖게 하여 히트싱크(30)를 포함한 엘이디 조명모듈(20)에서 발산되는 열을 입체적으로 냉각시켜 줄 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 엘이디 조명등(1)의 입체 냉각구조는 열 방출공(11)을 통해 배출되는 열이 외부측 공기에 대해 대류현상을 갖게 하여 제1팬(42)의 회전을 자연스럽게 더 유도할 수 있기 때문에 본 발명에서의 방열팬(40)을 통한 냉각구조는 별도의 전원공급 없이 무소음으로 작동되고, 이로서 정숙함을 유지하며, 엘이디 조명등의 제품 측에서는 효율적인 냉각효과로서 광 효율을 유지시키고, 수명이 보다 오래가는 효과가 나타난다.

결국, 자연 기류에 의한 바람 발생 시 외부에 노출된 제1팬(42)이 시계방향으로 움직이게 되면, 내부측 히트싱크(30) 상부에 위치된 제2팬(44)이 강제대류를 일으켜 내부의 높은 열을 상부로 모아 외부로 배출시키고, 시계 역방향으로 제1팬이 회전하면, 히트싱크에 직접 강제냉각을 시켜 열을 하부로 분산, 외부로 배출시키는 입체 냉각구조로서 외부로 노출된 제1팬(42)의 경우 기류의 방향성이 없으며 어느 방향이든 바람의 저항을 받도록 설계된 것으로, 상기 제2팬(44)의 공기 강제유동으로 조명등 케이싱(10) 내부의 열의 대류, 분산이 용이하여 효율적인 방열효과를 제공하게 된다.

기존 엘이디 실외조명의 경우, 방진방수를 위해 엘이디 조명모듈이 접합된 히트싱크 상부에 2차적으로 외부 케이스를 밀폐하여 점등 시 엘이디 조명모듈 고장의 주원인인 내부에 머물러 있는 열을 효율적으로 배출하는 데에 고충을 해결할 수 있게 된다.

따라서 본 발명은 발열의 연유로 열손실에 의한 엘이디 조명모듈의 내구성 및 광 효율 손실을 크게 향상시키며, 엘이디 광원의 최대 장점인 장수명을 보장하고, 자연기류에 의해 회전하는 제1팬은 제1팬의 회전으로서 방열효과를 제공하면서 엘이디 조명등이 공원 등지에 시설된 가로등일 경우 조류의 접근을 방지하여 가로등의 등기구 오염을 최소화시키며 도시의 경관성 증진에도 일조할 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

1: 엘이디 조명등 10: 케이스
11: 열 방출공 20: 엘이디 조명모듈
30: 히트싱크 40: 방열팬
42: 제1팬 42-1: 연결대
42-2: 연결축부 42-3: 날개부
44: 제2팬 50: 베어링
60: 회전축

Claims (3)

1. 케이싱과, 케이싱 내에 안내 조립되어 전원공급으로서 빛을 조사하는 엘이디 조명모듈과, 엘이디 조명모듈과 밀접되게 설치되어 엘이디 조명모듈로부터 발산되는 열을 흡수하여 방열시키는 히트싱크와, 히트싱크에 근접 설치되어 히트싱크로부터 발산되는 열을 방출시키는 방열팬을 포함하여 구성된 엘이디 조명의 냉각구조에 있어서, 상기 방열팬(40)은,
   상기 케이싱(10)의 상부에 설치되는 베어링(50)과;
   상기 베어링(50)에 회전가능하게 관통 결합되는 회전축(60);
   상기 케이싱(10)의 외측에 위치하는 상기 회전축(60)의 상부에 결합되어 자연기류에 의해 회전하는 제1팬(42); 및
   상기 케이싱(10) 내측으로 위치되는 회전축(60)의 하부에 설치되어 제1팬(42)의 회전으로 동시 회전되어 히트싱크(30)로부터 발생한 열을 방출시키기 위한 제2팬(44)을 포함하고;
   상기 케이싱(10)에는, 상기 제2팬(44)의 회전에 따라 공기의 유입 및 방출이 용이하도록 상기 케이싱(10)의 상부, 측부, 하부 각각에 다수의 열 방출공(11)이 형성되며;
   상기 제1팬(42)은, 회전축 상에 결합 고정되며, 외측둘레에 바(bar) 형의 연결대(42-1)가 원주 상에 횡으로 다수가 마련되는 연결축부(42-2); 및
   상기 연결대(42-1) 각각에 일측이 결합되며 상부에서 하부로 내려갈수록 양측은 함몰부가 형성되는 T자 형의 단면적을 가짐으로써, 상기 케이싱(10)의 열 방출공(11)으로부터 방출되는 열이 상승하면서 T자의 하부 함몰부에서 공기의 힘이 미치는 방향에 따라 어느 방향이든 자연스럽게 회전되도록 열의 대류작용을 받아 회전하는 날개부(42-3)로 구성되고;
   상기 제2팬(44)은, 상방향 또는 하방향으로 공기유동을 갖도록 하는 프로펠러형;
   으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자연기류를 이용한 엘이디 조명 입체냉각구조.
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