KR101435857B1 - 조명장치 - Google Patents

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KR101435857B1
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하정석
정종교
김용진
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 조명장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, LED를 포함하는 발광유닛;과 상기 발광유닛이 배치되는 제1 면과 상기 제1 면과 반대방향의 제2 면 및 상기 제1 면과 제2 면 사이에 소정 체적을 갖도록 형성된 공간부를 갖는 히트싱크; 및 상기 발광유닛으로 전원을 공급하기 위한 전원유닛을 포함하는 조명장치가 제공된다.
여기서 상기 제2 면에는 상기 공간부의 일부영역을 개방시키기 위한 유동홀이 마련되고, 상기 제2 면에는 상기 히트싱크의 높이방향을 따라 서로 다른 곡률 반경을 갖는 복수 개의 곡면부가 마련된다.

Description

조명장치{Lighting apparatus}
본 발명은 조명장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 방열 성능을 향상시킬 수 있는 조명장치에 관한 것이다.
일반적으로 조명에 주로 사용되는 광원으로는 백열전구, 방전등, 형광등이 주로 쓰이고 있으며, 가정용, 경관용, 산업용 등 다양한 목적으로 사용되고 있다.
이중 백열전구 등의 저항성 광원은 효율이 낮고 발열 문제가 크며, 방전등의 경우 고가격, 고전압의 문제가 있으며, 형광등의 경우 수은 사용에 의한 환경문제를 들 수 있다.
이러한 광원들의 단점들을 해결하기 위해 효율, 색의 다양성, 디자인의 자율성 등 많은 장점을 가지는 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED, 이하 LED) 조명에 대한 관심이 증대되고 있다.
LED는 순방향으로 전압을 가했을 때 발광하는 반도체 소자로서, 수명이 길고, 소비 전력이 낮으며, 대량 생산에 적합한 전기적, 광학적, 물리적 특성들을 가지며, 백열 전구 및 형광등을 빠르게 대체하고 있다. 또한, LED는 가로등, 보안등, 공원등 또는 방범등과 같은 아웃도어(Outdoor) 조명장치에 빠르게 적용이 되고 있다.
한편, LED 조명장치에서는 발광 다이오드(LED)에서 발생하는 열을 효과적으로 발산시키기 위한 구조가 요구된다. LED에서 발생하는 열을 외부로 발산시키지 못하는 경우 조명장치의 효율이 떨어지는 문제가 발생한다.
본 발명은 방열성능을 향상시킬 수 있는 조명장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 외부 공기가 히트싱크를 통과하는 과정에서 외부 공기의 대류 열교환 특성을 연속적으로 변경시킬 수 있는 조명장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 코안다 효과(Coanda effect)를 통해 외부 공기의 유동을 안내할 수 있는 조명장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, LED를 포함하는 발광유닛;과 상기 발광유닛이 배치되는 제1 면과 상기 제1 면과 반대방향의 제2 면 및 상기 제1 면과 제2 면 사이에 소정 체적을 갖도록 형성된 공간부를 갖는 히트싱크; 및 상기 발광유닛으로 전원을 공급하기 위한 전원유닛을 포함하는 조명장치가 제공된다.
여기서 상기 제2 면에는 상기 공간부의 일부영역을 개방시키기 위한 유동홀이 마련되고, 상기 제2 면에는 상기 히트싱크의 높이방향을 따라 서로 다른 곡률 반경을 갖는 복수 개의 곡면부가 마련된다.
또한, 상기 제2 면에는 상기 제1 면에서 상기 유동홀을 향하는 방향을 따라 서로 다른 곡률 반경을 갖는 제1 곡면부와 제2 곡면부가 차례로 마련되고, 상기 제1 곡면부의 곡률반경은 제2 곡면부의 곡률반경보다 작게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 곡면부의 곡률 중심과 상기 제2 곡면부의 곡률 중심은 상기 제2 면을 기준으로 구획되는 서로 다른 영역에 각각 위치될 수 있다.
또한, 상기 제1 곡면부의 호 길이는 상기 제2 곡면부의 호 길이보다 짧게 형성될 수 있다.
또한, 발광유닛이 작동하는 경우, 공간부의 공기가 상기 유동홀을 통해 외부로 유동하고, 외부 공기는 상기 제2 면을 따라 상기 유동홀 측으로 유동하며, 상기 외부 공기는 제1 곡면부를 통과하는 과정에서 유속이 증가하고, 상기 제2 곡면부를 통과하는 과정에서 유속이 감소할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예와 관련된 조명장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.
외부 공기가 히트싱크를 통과하는 과정에서 서로 다른 곡률 반경을 갖는 복수 개의 곡면부를 통과시킴으로써, 외부 공기의 유속을 연속적으로 변경시킬 수 있다.
구체적으로, 특정 구간에서 유속을 증가시키거나 유속을 감소시킴으로써, 외부 공기의 대류 열교환 특성을 연속적으로 변경시킬 수 있다.
또한, 히트싱크 내부에서 발생하는 1차 유동을 통해 히트싱크 외부 공기의 2차 유동을 발생시킬 수 있다.
또한, 코안다 효과(Coanda effect)를 통해 외부 공기의 유동을 안내 및 히트싱크의 방열특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예와 관련된 조명장치를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예와 관련된 조명장치를 구성하는 히트싱크의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 히트싱크의 정면도이다.
도 4 및 도 5는 도 2에 도시된 히트싱크의 방열 특성과 관련된 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 6은 곡률 반경과 외부 공기의 유동속도의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 히트싱크의 외부를 유동하는 공기의 속도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 8은 도 7에 도시된 각 구간에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 9는 히트싱크의 내부를 유동하는 공기의 속도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 10은 도 9에 도시된 각 구간에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예와 관련된 조명장치를 구성하는 히트싱크의 정면도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예와 관련된 조명장치를 구성하는 히트싱크의 정면도이다.
도 13은 도 12에 도시된 히트싱크의 방열 특성과 관련된 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예와 관련된 조명장치(100)를 나타내는 개념도이다.
본 발명과 관련된 조명 장치(100)는 가로등 등의 아웃도어(Outdoor) 조명장치 및 인도어(Indoor) 조명장치에 적용될 수 있다.
상기 조명장치(100)는 발광유닛(110)과 히트싱크(200) 및 전원유닛(120)을 포함한다.
상기 발광유닛(110)은 광원으로 LED를 포함할 수 있다. 상기 발광유닛(110)은 회로기판(111, 도 3 참조)과 상기 회로기판(111)에 실장된 하나 이상의 LED(112)를 포함할 수 있다.
상기 회로기판(111)은 열 전도성이 우수한 금속 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 발광유닛(110)은 상기 LED(112)를 둘러싸는 광학 커버(도시되지 않음)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 전원유닛(120)은 상기 발광유닛(110)과 전기적으로 연결된다. 상기 전원유닛(120)은 상기 발광유닛(110)으로 전원을 공급한다.
또한, 상기 전원유닛(120)은 상기 발광유닛(110)의 밝기, 색온도 등을 조절하기 위한 제어부를 포함한다. 상기 전원유닛(120)은 외부 상용전원을 직류 전원으로 변환시키기 위한 컨버터를 포함할 수 있다.
한편, 상기 발광유닛(110)은 상기 히트싱크(200)에 장착될 수 있다. 구체적으로, 상기 발광유닛(110)은 상기 히트싱크(200)의 일면에 배치될 수 있다.
상기 히트싱크(200)는 상기 발광유닛(110)으로부터 발생하는 열을 외부로 발산시키는 기능을 수행한다. 상기 히트싱크(200)는 열전도성이 우수한 금속 재질로 형성될 수 있다.
한편, 상기 조명장치(100)는 상기 전원유닛(120)을 둘러싸는 하우징(130)을 포함할 수 있다. 상기 하우징(130)은 상기 히트싱크(200)에 장착될 수 있다.
구체적으로, 상기 하우징(130)과 상기 히트싱크(200)는 조명장치(100)의 외관을 형성할 수 있다. 상기 하우징(130)과 상기 히트싱크(200)는 동일한 재질로 형성될 수 있다.
일 실시태양으로, 상기 히트싱크(200)와 상기 하우징(130)은 동일한 금속으로 형성될 수 있다. 이와는 다르게, 상기 히트싱크(200)는 금속 재질로 형성되고, 상기 하우징(130)은 수지 재질로 형성될 수 있다.
이때, 상기 발광유닛(110)은 상기 히트싱크(200)에 배치되고, 상기 전원유닛(120)은 상기 하우징(130)에 배치될 수 있다. 또한, 상기 발광유닛(110)과 상기 전원유닛(120)은 케이블 등을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
이때, 상기 케이블은 일부 영역이 상기 하우징(130) 내부에 위치되고, 나머지 영역이 상기 히트싱크(200) 내부에 위치될 수 있다.
상기 조명장치(100)가 아웃도어 조명장치인 경우, 상기 조명장치(100)는 지지부재(140)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 지지부재(140)는 상기 하우징(130)과 연결될 수 있다.
또한, 상기 지지부재(140)는 "ㄱ"자 형상 또는 "ㅣ"자 형상을 가질 수 있다. 일 실시태양으로, 상기 지지부재(140)는 설치면에 고정되는 폴(Pole)부와 상기 하우징(130)에 연결되는 암(Arm)부를 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 히트싱크(200)의 구조를 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예와 관련된 조명장치를 구성하는 히트싱크(200)의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 히트싱크(200)의 정면도이다.
상기 히트싱크(200)는 상기 발광유닛(110)이 배치되는 제1 면(210)과 상기 제1 면(210)과 반대방향의 제2 면(220)을 갖는다. 또한, 상기 히트싱크(200)는 상기 제1 면(210)과 제2 면(220) 사이에 소정 체적을 갖도록 형성된 공간부(240)를 갖는다.
여기서 상기 제1 면(210)은 제1 부재로 구성될 수 있고, 상기 제2 면(220)은 제2 부재로 구성될 수 있다. 또한, 상기 제1 부재와 제2 부재는 일체로 상기 히트싱크(200)를 형성할 수 있다.
상기 히트싱크(200)는 폭 방향(W)과 길이방향(L)을 따라 각각 연장된 형상을 갖는다. 구체적으로, 상기 제1 면(210)과 제2 면(220)은 상기 히트싱크(200)의 폭 방향(W)과 길이방향(L)을 따라 각각 연장된 형상을 가질 수 있다.
한편, 상기 히트싱크(200)와 상기 하우징(130)은 상기 히트싱크(200)의 길이방향(L)을 따라 연결될 수 있다.
또한, 상기 제2 면(220)에는 상기 공간부(240)의 일부영역을 개방시키기 위한 유동홀(230)이 마련된다. 상기 유동홀(230)은 폭 방향(W)을 따라 연장된 길이보다 길이 방향(L)을 따라 연장된 길이가 더 크게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 유동홀(230)은 유동 슬릿(slit)으로 지칭될 수도 있다.
상기 히트싱크(200)는 상기 히트싱크(200)의 중심축(H)에 대하여 대칭된 형상을 가질 수 있다. 도 3을 참조하면, x축은 히트싱크(200)의 폭 방향(W)을 나타내고, y축은 히트싱크(200)의 높이방향을 나타낸다.
상기 중심축(H)은 상기 y축과 실질적으로 평행하다. 따라서, 상기 히트싱크(200)는 상기 히트싱크(200)의 높이방향을 기준으로 대칭된 형상을 가질 수 있다.
이때, 상기 유동홀(230)의 중심과 상기 중심축(H)은 동축 상에 위치될 수 있다. 다시 말하면, 상기 히트싱크(200)는 상기 유동홀(230)을 기준으로 대칭된 형상을 가질 수 있다.
한편, 상기 제2 면(220)에는 상기 히트싱크(200)의 높이방향을 따라 서로 다른 곡률 반경(r1, r2)을 갖는 복수 개의 곡면부(221, 222)가 마련된다.
복수 개의 곡면부(221, 222)가 서로 다른 곡률 반경(r1, r2)을 갖는 경우, 제2 면(220)을 따라 유동하는 외부 공기의 유속이 달라질 수 있다. 그 결과, 제2 면(220)을 따라 유동하는 외부 공기의 대류 열교환 특성이 달라질 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 면(220)에는 상기 제1 면(210)에서 상기 유동홀(230)을 향하는 방향을 따라 서로 다른 곡률 반경을 갖는 제1 곡면부(221)와 제2 곡면부(222)가 차례로 마련될 수 있다.
여기서, 상기 제1 곡면부(221)의 곡률반경(r1)은 제2 곡면부(222)의 곡률반경(r2)보다 작게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 곡면부(221)의 곡률 중심(C1)과 상기 제2 곡면부(222)의 곡률 중심(C2)은 상기 제2 면(220)을 기준으로 구획되는 서로 다른 영역에 각각 위치될 수 있다. 일 실시태양으로, 상기 제1 곡면부(221)는 y축 방향을 따라 볼록한 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 제2 곡면부(222)는 y축 방향을 따라 오목한 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 제1 곡면부(221)의 호 길이(ℓ1)는 제2 곡면부(222)의 호 길이(ℓ2)보다 짧게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 곡면부(221)와 상기 제2 곡면부(222)의 경계부에 마련된 변곡점(P)은 상기 히트싱크(200)의 높이방향을 따라 발광유닛(110)과 중첩되지 않도록 위치될 수 있다.
구체적으로, 상기 변곡점(P)은 상기 히트싱크(200)의 폭 방향(W)의 양 종단부 측으로 각각 치우칠 수 있다. 또한, 제1 곡면부(221)는 상기 히트싱크(200)의 높이방향을 따라 발광유닛(110)과 중첩되지 않도록 위치될 수 있다.
또한, 상기 제2 곡면부(222)와 유동홀(230) 사이에는 평면부(223, '제1 평면부'라고도 함)가 마련될 수 있다. 이때, 상기 평면부(223)는 제1 면(210)과 평행하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 면(210)과 상기 제1 곡면부(221) 사이에는 상기 제1 면(210)과 직교하는 수직부(225, '제1 수직부'라고도 함)가 마련될 수 있다. 또한, 상기 수직부(225)와 상기 제1 면(210) 사이에는 연결부가 마련될 수 있다.
여기서, 상기 연결부는 수직부(226, '제2 수직부'라고도 함)와 수평부(227, '제2 수평부'라고도 함)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 연결부에는 상기 공간부(240)와 연통되는 유동 슬릿이 마련될 수도 있다.
상기 제2 수직부(226)와 제1 면(210)의 경계부는 곡면부로 형성될 수 있다. 마찬가지로, 상기 제2 수직부(226)와 제2 수평부(227)의 경계부는 곡면부로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 수평부(227)와 제1 수직부(225)의 경계부는 곡면부로 형성될 수 있다.
한편, 상기 공간부(240)에는 소정 높이를 가는 복수 개의 방열핀(250)이 마련될 수 있다. 복수 개의 방열핀(250)은 소정 간격을 갖도록 이격 배열될 수 있다.
상기 제1 부재의 외주면에는 상기 발광유닛(110)이 배치되고, 상기 제1 부재의 내주면에는 복수 개의 방열핀(250)이 마련될 수 있다.
또한, 상기 방열핀(250)은 상기 히트싱크(200)의 높이방향을 따라 발광유닛(110)과 중첩되도록 위치될 수 있다.
또한, 각 방열핀(250)의 높이는 유동홀(230)에서 멀어질수록 낮아질 수 있다.
도 4 및 도 5는 도 2에 도시된 히트싱크(200)의 방열 특성과 관련된 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 발광유닛(110)이 작동하는 경우, 공간부(240)의 공기가 상기 유동홀(230)을 통해 외부로 유동할 수 있다. 이때, 상기 유동홀(230)을 통하여 상기 공간부(240)의 공기가 외부로 빠져나가는 것을 1차 유동(상승 유동)이라 지칭할 수 있다.
또한, 외부 공기는 상기 제2 면(220)을 따라 상기 유동홀(230) 측으로 유동할 수 있다. 이때, 외부 공기가 상기 제2 면(220)을 따라 흐르는 것을 2차 유동이라 지칭할 수 있다. 또한, 상기 2차 유동은 1차 유동에 의하여 발생 또는 가속화될 수 있다.
또한, 상기 외부 공기는 제1 곡면부(221)를 통과하는 과정에서 유속이 증가하고, 상기 제2 곡면부(222)를 통과하는 과정에서 유속이 감소할 수 있다. 특히, 제1 곡면부(221)를 통과하는 과정에서 코안다 효과(Coanda effect)가 나타난다.
코안다 효과라 함은 흐르는 유체에 구부러진 물체를 높으면 상기 유체도 따라 휘면서 유동하는 현상을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 상기 발광유닛(110)이 작동하는 경우, 상기 제1 면과 상기 공간부(240)의 온도가 상승하게 된다. 이때, 고온부와 저온부의 온도 차이로 인한 1차 유동이 이루어진다. 또한, 1차 유동에 의하여 전술한 2차 유동이 발생 또는 가속화될 수 있다.
또한, 상기 1차 유동은 상기 2차 유동의 구동원과 같은 기능을 수행할 수 있다. 이와 같이, 1차 유동 및 2차 유동에 의하여 발광유닛(110)에서 발생하는 열이 외부로 용이하게 발산될 수 있다.
도 5를 참조하면, 빨간 영역은 유체의 유동 속도가 가장 빠른 영역을 나타낸다. 즉, 상기 유동홀(230) 부근의 공기 유동 속도가 가장 빠르게 된다. 또한, 녹색 영역은 제1 곡면부(221)를 나타낸다. 상기 녹색 영역은 유체의 유동 속도가 가속화되는 영역을 나타내며, 전술한 코안다 효과와 관련된 영역이다.
도 6은 곡률 반경(r)과 외부 공기의 유동속도(V)의 관계를 설명하기 위한 그래프이다. 이상에서 살펴본 바와 같이, 히트싱크(200)의 제2 면(220)을 따라 유동하는 외부 공기의 유속의 증가 및 감소는 해당 곡면부(221, 222)의 곡률 반경과 관련이 있다.
Figure 112013115527076-pat00001
Figure 112013115527076-pat00002
상기 수학식 1과 2에서, P는 압력을 나타내고, r은 곡률 반경을 나타내며, V는 유동 속도를 나타낸다.
상기 수학식 1의 오일러 공식(Euler equation)으로부터 코안다 효과를 확인할 수 있다. 기하학적 요소에 유체의 운동이 영향을 받는다는 사실로부터 r에 관한 적분이 가능하며, 이에 따라 수학식 2를 도출할 수 있다.
이때, P와 ρ가 일정하다는 가정하에, 도 6에 도시된 관계식을 얻을 수 있다.
도 6을 참조하면, 곡률 반경(r)의 증가에 따라 곡면부를 지나는 유동 속도의 변화는 다음과 같다. 즉, 곡률 반경(r)이 증가할수록 유동 속도(V)는 감소하게 되고, 곡률 반경(r)이 감소할수록 유동 속도(V)는 증가하게 된다.
또한, 유동 속도(V)의 증가에 따라 대류 열교환 계수(h)도 함께 증가하게 된다.
도 7은 히트싱크(200)의 외부를 유동하는 공기의 속도 분포를 나타내는 그래프이고, 도 8은 도 7에 도시된 각 구간에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 7의 (a) 구간은 도 8의 (a)의 시뮬레이션 결과와 대응되고, 도 7의 (b) 구간은 도 8의 (b)의 시뮬레이션 결과와 대응된다.
마찬가지로, 도 7의 (c) 구간은 도 8의 (c)의 시뮬레이션 결과와 대응되고, 도 7의 (d) 구간은 도 8의 (d)의 시뮬레이션 결과와 대응된다. 또한, 도 7의 (e) 구간은 도 8의 (e)의 시뮬레이션 결과와 대응되고, 도 7의 (f) 구간은 도 8의 (f)의 시뮬레이션 결과와 대응된다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 도 7의 (a) 구간은 제1 곡면부(221)와 관련된다. 즉, 외부 공기가 제1 곡면부(221)를 진입 및 통과하는 과정에서 유동 속도가 증가하는 가속 구간이 형성된다.
또한, 도 7의 (b) 구간은 제1 곡면부(221)와 인접한 제2 곡면부(222) 영역과 관련된다.
구체적으로, 제1 곡면부(221)에서 제2 곡면부(222)로 외부 공기가 진입하게 된다. 이때, 제2 곡면부(222)의 곡률 반경(r2)은 제1 곡면부(221)의 곡률 반경(r2)보다 크다. 따라서, 외부 공기가 제2 곡면부(222)를 진입 및 유동하는 과정에서 유동 속도가 감소하는 감속 구간이 형성된다.
또한, 도 7의 (c) 구간은 유동홀(230)과 인접한 제2 곡면부(222) 영역과 관련된다.
이때에는 전술한 1차 유동(중앙 상승류)에 의하여, 외부 공기의 유동 속도가 증가하게 된다.
마지막으로, 도 7의 (d) 구간 내지 (f) 구간을 참조하면, 유동홀(230)에서 상승 유동이 일어나는 것과 상승 유동이 가속 및 발달하는 것을 확인할 수 있다.
즉, 외부 공기의 유동 과정을 정리하면, 제1 곡면부(221)를 통과하는 과정에서 유속의 증가가 이루어진다. 또한, 제2 곡면부(222)를 통과하는 과정에서 유속의 감소가 이루어진다. 또한, 제2 곡면부(222)와 상기 유동홀(230)의 경계 영역에서 유속의 증가가 이루어진다.
도 9는 히트싱크(200)의 내부를 유동하는 공기의 속도 분포를 나타내는 그래프이고, 도 10은 도 9에 도시된 각 구간에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 9의 (a) 구간은 도 10의 (a)의 시뮬레이션 결과와 대응되고, 도 9의 (b) 구간은 도 10의 (b)의 시뮬레이션 결과와 대응된다.
마찬가지로, 도 9의 (c) 구간은 도 10의 (c)의 시뮬레이션 결과와 대응되고, 도 9의 (d) 구간은 도 10의 (d)의 시뮬레이션 결과와 대응된다. 또한, 도 9의 (e) 구간은 도 10의 (e)의 시뮬레이션 결과와 대응되고, 도 9의 (f) 구간은 도 10의 (f)의 시뮬레이션 결과와 대응된다.
도 9의 (a) 구간 및 (b) 구간을 참조하면, 제2 면의 곡면 구조로 인하여 유동 속도가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 9의 (c) 구간을 참조하면, 1차 유동에 의하여 유동 속도가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 9의 (d) 구간을 참조하면, 유동홀(230)을 통과하는 과정에서 탈출에 의한 유동 속도의 감속이 이루어지는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 9의 (e) 구간 및 (f) 구간을 참조하면, 상승 흐름이 가속 및 발달하는 것을 확인할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예와 관련된 조명장치를 구성하는 히트싱크(200')의 정면도이다.
도 11을 참조하면, 상기 히트싱크(200')는 발광유닛이 배치되는 제1 면(210')과 상기 제1 면(210')과 반대방향의 제2 면(220')을 갖는다. 또한, 상기 제2 면(220')은 제1 곡면부(221')와 제2 곡면부(222')를 포함한다.
또한, 상기 제2 면(220')에는 유동홀(230')이 마련된다. 또한, 제1 면(210')과 제2 면(220') 사이에는 소정 체적을 갖는 공간부(240')가 마련된다.
도 2 및 도 3을 통하여 설명한 히트싱크(200)와는 다음과 같은 점에서 차이를 갖는다.
제1 곡면부(221')는 제1 면(210')으로부터 연장된다. 구체적으로, 제1 곡면부(221')는 제1 면(210')으로부터 직접 연장된다. 따라서, 변곡점(P')은 히트싱크(200')의 높이방향을 따라 발광유닛과 중첩되는 영역에 위치된다.
또한, 복수 개의 방열핀(250', 251) 중 적어도 하나 이상의 방열핀(251)에는 전술한 하우징(130)과 결합되기 위한 장착부가 마련된다. 일 실시태양으로, 장착부를 갖는 방열핀(251)은 자유 단부가 구부러질 수 있다. 즉, 상기 장착부는 자유 단부가 구부러짐으로써 소정의 장착 공간을 형성할 수 있다.
또한, 제1 수직부(225')는 제1 곡면부(221')와 제1 면(210')의 경계부로부터 연장된다. 이때, 제1 수직부(225')와 상기 제1 면(210')은 발광유닛의 장착공간을 형성할 수 있다.
제1 곡면부(221')와 제2 곡면부(222')의 곡률 반경, 곡률 중심, 호 길이는 전술한 히트싱크(200)의 그것들과 동일하므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예와 관련된 조명장치를 구성하는 히트싱크(300)의 정면도이고, 도 13은 도 12에 도시된 히트싱크(300)의 방열 특성과 관련된 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예와 관련된 조명장치를 구성하는 히트싱크(300)는 전술한 발광유닛(110)이 배치되는 제1 면(310)과 상기 제1 면(310)과 반대방향의 제2 면(320)을 갖는다.
또한, 상기 히트싱크(300)에는 상기 제1 면(310)과 제2 면(320) 사이에 소정 체적을 갖는 공간부(340)가 마련된다.
또한, 상기 제2 면(320)에는 상기 공간부(340)의 일부 영역을 개방시키기 위한 유동홀(330)이 마련된다. 상기 유동홀(330)은 상기 공간부(340)와 히트싱크(300)의 외부를 연통시키는 기능을 수행한다.
구체적으로, 상기 공간부(340) 내의 공기는 상기 유동홀(330)을 통해 외부로 토출될 수도 있고, 히트싱크(300) 외부 공기는 상기 유동홀(330)을 통해 상기 공간부(340)로 유입될 수도 있다.
상기 히트싱크(300)는 상기 히트싱크(300)의 중심축(H)에 대하여 대칭된 형상을 가질 수 있다. x축은 히트싱크(300)의 폭 방향(W)을 나타내고, y축은 히트싱크(300)의 높이방향을 나타낸다. 이때, 상기 중심축(H)은 상기 y축과 실질적으로 평행하다.
따라서, 상기 히트싱크(300)는 상기 히트싱크(300)의 높이방향을 기준으로 대칭된 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 유동홀(330)의 중심과 상기 중심축(H)은 동축 상에 위치될 수 있다. 다시 말하면, 상기 히트싱크(300)는 상기 유동홀(330)을 기준으로 대칭된 형상을 가질 수 있다.
다만, 제3 실시예와 관련된 히트싱크(300)의 제2 면(320)은 제1 실시예와 관련된 히트싱크(200)의 제2 면(220)과 차이를 갖는다.
이하, 상기와 같은 차이점을 중심으로 제3 실시예와 관련된 히트싱크(300)를 설명하며, 제1 실시예와 동일한 구성에 대해서는 구체적인 설명을 생략하도록 한다.
상기 제2 면(320)에는 상기 히트싱크(300)의 높이방향(y축 방향)을 따라 서로 다른 곡률 반경을 갖는 복수 개의 곡면부(321 내지 326)이 마련된다.
이때, 복수 개의 곡면부(321 내지 326)는 제1 면(310)에서 제2 면(320)을 따라 유동홀(330)을 향하는 방향을 기준으로 제1 내지 제6 곡면부(321 내지 326)라 지칭할 수 있다.
상기 복수 개의 곡면부(321 내지 326)는 제1 면(310)에서 제2 면(320)을 따라 유동홀(330)을 향하는 방향을 기준으로 곡률 반경이 점차 작아지도록 형성될 수 있다.
구체적으로, 제1 곡면부(321)의 곡률반경은 제2 곡면부(322)의 곡률 반경보다 크게 형성될 수 있다. 마찬가지로, 제2 곡면부(322)의 곡률반경은 제3 곡면부(323)의 곡률 반경보다 크게 형성될 수 있다.
복수 개의 곡면부(321 내지 326)가 서로 다른 곡률 반경을 갖는 경우, 제2 면(320)을 따라 유동하는 외부 공기의 유속이 달라질 수 있다. 그 결과, 제2 면(320)을 따라 유동하는 외부 공기의 대류 열교환 특성이 달라질 수 있다.
구체적으로, 상기 유동홀(330) 측으로 갈수록 해당 곡면부의 곡률반경이 점차 작아지는 경우, 제2 면(320)을 따라 유동하는 공기가 지속적으로 가속될 수 있다.
또한, 방열을 위한 외부 공기의 유동이 제2 면(320)으로부터 쉽게 박리되지 않을 수 있다. 즉, 제1 실시예에서 설명한 코안다 효과가 유동홀(330)까지 연장될 수 있으며, 이에 따라 방열효과가 높아질 수 있다.
또한, 복수 개의 곡면부(321 내지 326)의 각 곡률 중심은 제2 면(320)을 기준으로 구획되는 동일한 영역에 각각 위치될 수 있다. 또한, 복수 개의 곡면부(321 내지 326)는 y축 방향을 따라 오목한 형상을 각각 가질 수 있다.
한편, 인접하는 2개의 곡면부의 해당 곡률 중심 사이의 간격은 제1 면(310)에서 제2 면(320)을 따라 유동홀(330)을 향하는 방향을 기준으로 점차 작아지도록 형성될 수 있다.
또한, 인접하는 2개의 곡면부의 경계부는 쐐기(Wedge, W)형상으로 형성될 수 있다. 이러한 쐐기 형상은 제2 면(320)을 따라 유동하는 외부 공기의 경계층(boundary layer) 발달을 지연시키는 기능을 수행할 수 있다.
또한, 상기 히트싱크(300)에는 상기 제1 면(310)과 상기 제2 면(320)을 연결하는 연결부가 마련될 수 있다.
상기 연결부는 제1 면(310)과 직교하는 제1 수직부(311)와 상기 제1 수직부와 직교하는 제1 수평부(312) 및 상기 제1 수평부와 직교하는 제2 수직부(314)를 포함할 수 있다.
여기서, 인접하는 제1 수직부(311)와 제1 수평부(312) 사이의 경계부 및 제1 수평부(312)와 제2 수직부(314) 사이의 경계부는 각각 곡면부로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 수평부(312)에는 유동 슬릿(313)이 형성될 수 있다. 이때, 외부 공기는 상기 유동 슬릿(313)을 통해 상기 공간부(340)로 유입될 수 있다.
또한, 상기 제2 수직부(314)는 제1 곡면부(321)와 연결될 수 있다.
한편, 상기 공간부(340)에는 소정 높이를 가는 복수 개의 방열핀(350)이 마련될 수 있다. 또한, 각 방열핀(350)의 높이는 유동홀(330)에서 멀어질수록 낮아질 수 있다.
도 13을 참조하면, 발광유닛이 작동하는 경우, 공간부(340)의 공기가 상기 유동홀(330)을 통해 외부로 유동(1차 유동)할 수 있다. 전술한 바와 같이, 외부 공기는 상기 제2 면(320)을 따라 상기 유동홀(330) 측으로 유동(2차 유동)할 수 있다. 이때, 상기 2차 유동은 상기 1차 유동에 의하여 발생 또는 가속될 수 있다.
또한, 상기 외부 공기는 제2 면(320)의 복수 개의 곡면부(321 내지 326)를 따라 유동하는 과정에서 가속될 수 있다. 또한, 제2 수직부(314)와 제1 곡면부(321)를 따라 유동하는 과정에서 코안다 효과가 발생한다. 이때, 전술한 제2 면(320)의 구조에 의하여 코안다 효과가 유동홀(330)까지 연장될 수 있다.
100: 조명장치 110: 발광유닛
120: 전원유닛 130: 하우징
200: 히트싱크 210: 제1 면
220: 제2 면 221: 제1 곡면부
222: 제2 곡면부 230: 유동홀
240: 공간부 250: 방열핀

Claims (12)

  1. LED를 포함하는 발광유닛;
    상기 발광유닛이 배치되는 제1 면과 상기 제1 면과 반대방향의 제2 면 및 상기 제1 면과 제2 면 사이에 소정 체적을 갖도록 형성된 공간부를 갖는 히트싱크; 및
    상기 발광유닛으로 전원을 공급하기 위한 전원유닛을 포함하며,
    상기 제2 면에는 상기 공간부의 일부영역을 개방시키기 위한 유동홀이 마련되고,
    상기 제2 면에는 상기 히트싱크의 높이방향을 따라 서로 다른 곡률 반경을 갖는 복수 개의 곡면부가 마련되고,
    상기 복수 개의 곡면부는 상기 제1 면에서 상기 제2 면을 따라 상기 유동홀을 향하는 방향을 기준으로 곡률반경이 작아지도록 각각 형성된 것을 특징으로 하는 조명장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 면에는 상기 제1 면에서 상기 유동홀을 향하는 방향을 따라 서로 다른 곡률 반경을 갖는 제1 곡면부와 제2 곡면부가 차례로 마련되고,
    상기 제1 곡면부의 곡률반경은 제2 곡면부의 곡률반경보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 조명장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 곡면부의 곡률 중심과 상기 제2 곡면부의 곡률 중심은 상기 제2 면을 기준으로 구획되는 서로 다른 영역에 각각 위치되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 곡면부의 호 길이는 상기 제2 곡면부의 호 길이보다 짧게 형성된 것을 특징으로 하는 조명장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    발광유닛이 작동하는 경우, 공간부의 공기가 상기 유동홀을 통해 외부로 유동하고,
    외부 공기는 상기 제2 면을 따라 상기 유동홀 측으로 유동하며,
    상기 외부 공기는 제1 곡면부를 통과하는 과정에서 유속이 증가하고, 상기 제2 곡면부를 통과하는 과정에서 유속이 감소하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 곡면부와 유동홀 사이에는 평면부가 마련되고,
    상기 평면부는 제1 면과 평행하게 형성된 것을 특징으로 하는 조명장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 면과 상기 제1 곡면부 사이에는 상기 제1 면과 직교하는 수직부가 마련된 것을 특징으로 하는 조명장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 곡면부와 상기 제2 곡면부의 경계부에 마련된 변곡점은 상기 히트싱크의 높이방향을 따라 발광유닛과 중첩되지 않도록 위치된 것을 특징으로 하는 조명장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간부에는 소정 높이를 갖는 복수 개의 방열핀이 마련된 것을 특징으로 하는 조명장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    각 방열핀의 높이는 유동홀에서 멀어질수록 낮아지는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 곡면부의 각 곡률 중심은 상기 제2 면을 기준으로 구획되는 동일한 영역에 각각 위치되는 것을 특징으로 하는 조명장치.
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