KR101735548B1 - 실린더형 구조물을 이용한 방열 장치 및 이를 포함하는 조명 장치 - Google Patents

실린더형 구조물을 이용한 방열 장치 및 이를 포함하는 조명 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 실린더형 구조물을 이용한 방열 장치는 원형의 판 형태로 형성되며 하면에 발열체가 배치되는 베이스를 포함하는 히트 싱크; 및 상기 히트 싱크로 유입되는 공기 유입 경로의 면적을 줄여 유입 공기의 유속을 증가시킬 수 있도록, 상기 히트 싱크의 상면에 결합되는 실린더형 구조물을 포함한다.

Description

실린더형 구조물을 이용한 방열 장치 및 이를 포함하는 조명 장치{RADIATOR WITH HOLLOW CYLINDER TYPE STRUCTURE AND LIGHTING EQUIPMENT COMPRISING THE SAME}
본 발명의 실시예들은 실린더형 구조물을 이용한 방열 장치 및 이를 포함하는 조명 장치에 관한 것이다.
엘이디(LED)는 반도체의 P-N접합구조에 순방향 전압을 인가하여 특성 파장의 빛을 만들어 내는 발광 다이오드 소자이다. LED의 발광은 P-N접합에서 전자가 가지는 에너지가 직접 빛 에너지로 변환되기 때문에 에너지 효율이 높으며, 수명 또한 상당히 길다.
그러나, 이 과정에서 소비전력의 60%는 열로 발산이 되는데, 이 열을 방열시키는 것이 LED설계에서 중요한 문제이다. 그 이유는 발열이 클수록 접합부의 온도가 높아지게 되고, 이로 인하여 허용 전류가 감소하여 광 출력이 감소하기 때문이다. 또한, 고온에 장시간 노출 시 수명도 줄어든다. 따라서, LED 조명에 충분한 방열 시스템이 구비되어야 LED의 신뢰성을 확보할 수 있다.
원형 히트 싱크(heat sink)는 자연 대류를 이용한 것으로, 공기의 온도가 상승하면 밀도가 낮아서 상승하는 특징을 이용한 것이다. 전체적인 냉각 공기의 유동 형태는 히트 싱크 외곽에서 공기가 유입되어, 히트 싱크에 의해 가열된다. 가열된 공기는 주위 공기보다 밀도가 작기 때문에 주위 공기보다 가벼워져 히트 싱크 안쪽에서 상승하게 된다.
최근 LED 조명이 출력이 높아짐에 따라, 그에 상응하는 방열 시스템을 구비하기 위해 히트 싱크의 크기와 무게가 커지고 있다. 하지만, 히트 싱크의 질량이 증가하게 되면, 제품 제작비가 높아 질 뿐만 아니라, 안전성과 시장 경쟁력이 하락한다.
관련 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0089737호(발명의 명칭: 방열장치 및 이를 구비한 엘이디 조명장치, 공개일자: 2011년 8월 9일)가 있다.
본 발명의 일 실시예는 히트 싱크의 상면에 실린더형 구조물을 결합하여 히트 싱크의 상부를 완전히 커버함으로써, 히트 싱크의 상부로의 공기 유입을 차단하고 히트 싱크의 측부로의 공기 유입만을 허용하여, 히트 싱크로 유입되는 공기 유입 경로의 면적을 줄여 유입 공기의 유속을 증가시킬 수 있으며, 이를 통해 히트 싱크의 열 전달 효율을 개선할 수 있는 실린더형 구조물을 이용한 방열 장치 및 이를 포함하는 조명 장치를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실린더형 구조물을 이용한 방열 장치는 원형의 판 형태로 형성되며 하면에 발열체가 배치되는 베이스를 포함하는 히트 싱크; 및 상기 히트 싱크로 유입되는 공기 유입 경로의 면적을 줄여 유입 공기의 유속을 증가시킬 수 있도록, 상기 히트 싱크의 상면에 결합되는 실린더형 구조물을 포함한다.
상기 히트 싱크는 상기 베이스의 상면에 방사상으로 배열되는 방열 핀을 더 포함할 수 있다.
상기 실린더형 구조물은 상기 히트 싱크의 상부를 완전히 커버하도록 상기 방열 핀의 상면에 결합되어, 상기 히트 싱크의 상부로의 공기 유입을 차단하고 상기 히트 싱크의 측부로의 공기 유입만을 허용할 수 있다.
상기 실린더형 구조물은 상기 히트 싱크의 상부 일부분을 커버하도록, 상기 방열 핀의 상면에 결합되는 굴뚝부; 및 상기 히트 싱크의 상부 나머지 부분을 커버하도록, 상기 굴뚝부의 하단 외주면으로부터 원주 방향으로 수평 연장되어 배치되는 공기 유입 차단부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치는 발열체를 포함하는 발광소자 패키지, 및 상기 발광소자 패키지가 적어도 하나 이상 장착되는 기판을 포함하는 광원 모듈; 상기 광원 모듈의 상면에 원형의 판 형태로 형성되는 베이스를 포함하는 히트 싱크; 및 상기 히트 싱크로 유입되는 공기 유입 경로의 면적을 줄여 유입 공기의 유속을 증가시킬 수 있도록, 상기 히트 싱크의 상면에 결합되는 실린더형 구조물을 포함할 수 있다.
상기 히트 싱크는 상기 베이스의 상면에 방사상으로 배열되는 방열 핀을 더 포함할 수 있다.
상기 실린더형 구조물은 상기 히트 싱크의 상부를 완전히 커버하도록 상기 방열 핀의 상면에 결합되어, 상기 히트 싱크의 상부로의 공기 유입을 차단하고 상기 히트 싱크의 측부로의 공기 유입만을 허용할 수 있다.
상기 실린더형 구조물은 상기 히트 싱크의 상부 일부분을 커버하도록, 상기 방열 핀의 상면에 결합되는 굴뚝부; 및 상기 히트 싱크의 상부 나머지 부분을 커버하도록, 상기 굴뚝부의 하단 외주면으로부터 원주 방향으로 수평 연장되어 배치되는 공기 유입 차단부를 포함할 수 있다.
상기 히트 싱크와 상기 기판 사이에는 접촉 열저항(thermal resistance)을 줄이기 위한 열전도 그리스가 삽입될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 히트 싱크의 상면에 실린더형 구조물을 결합하여 히트 싱크의 상부를 완전히 커버함으로써, 히트 싱크의 상부로의 공기 유입을 차단하고 히트 싱크의 측부로의 공기 유입만을 허용하여, 히트 싱크로 유입되는 공기 유입 경로의 면적을 줄여 유입 공기의 유속을 증가시킬 수 있으며, 이를 통해 히트 싱크의 열 전달 효율을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더형 구조물을 이용한 방열 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 방열 장치를 포함하는 조명 장치의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실린더형 구조물을 이용한 방열 장치의 사시도이다.
도 4는 도 3의 방열 장치를 포함하는 조명 장치의 측면도이다.
도 5 및 도 6은 실린더형 구조물이 설치되지 않은 원형 히트 싱크(기존 모델)와 실린더형 구조물이 설치된 원형 히트 싱크(개선 모델) 각각에 대한 수치 해석 결과로서 공기의 유동을 화살표로 나타낸 도면이다.
도 7은 도 5 및 도 6의 수치 해석 결과를 표로 나타낸 도면이다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더형 구조물을 이용한 방열 장치의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더형 구조물을 이용한 방열 장치(100)는 히트 싱크(110) 및 실린더형 구조물(120)을 포함한다.
상기 히트 싱크(110)는 원형의 판 형태로 형성되며 하면에 발열체(예: LED 소자)가 배치되는 베이스(112), 및 상기 베이스(112)의 상면에 방사상으로 배열되는 방열 핀(114, 116)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 베이스(112)는 상기 발열체로부터 발생하는 고온의 열을 전달받아 1차적으로 방출시켜 상기 발열체를 냉각시키는 역할을 한다.
따라서, 상기 베이스(112)는 원활한 열방출을 위해 알루미늄과 같은 열전도성이 우수한 금속 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 베이스(112)는 도면에서와 같이 원형의 형상으로 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 않고 조명 장치의 프레임에 설치되는 구조에 따라서 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 베이스(112)는 중심부에 관통 형성된 방열홀(118)을 구비함으로써 상기 발열체로부터 발생된 열이 상기 베이스(112)의 반대 측면으로 직접적으로 이동할 수 있도록 한다.
상기 방열 핀(114, 116)은 복수개가 상기 베이스(112)에서 상기 발열체가 실장될 수 있는 실장 영역을 구비하는 측면의 타측면에 구비되며, 원주 방향을 따라서 방사상으로 배열된다.
상기 방열 핀(114, 116)은 직사각형의 패널 형상으로 이루어질 수 있으며, 일단부가 상기 베이스(112)와 수직하게 접하여 상기 베이스(112)의 엣지(edge)부로부터 중심부의 방열 홀(118)을 향해 연장되는 구조로 복수개가 구비된다.
상기 방열 핀(114, 116)은 제1 방열 핀(114) 및 제2 방열 핀(116)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1 방열 핀(114)은 상기 베이스(112)의 상면에 구비되며, 원주 방향을 따라서 방사상으로 배열될 수 있다.
상기 제2 방열 핀(116)은 상기 베이스(112)의 상면에 구비되며, 상기 제1 방열 핀(114) 사이에 상기 제1 방열 핀(114)보다 짧은 길이를 가지면서 방사상으로 배열될 수 있다.
이때, 상기 제1 방열 핀(114)의 길이와 상기 제2 방열 핀(116)의 길이는 0.4 ~ 0.7 사이의 비율 값을 가질 수 있다.
열 전달 측면에서 살펴보면, 대부분의 열 전달은 상기 방열 핀(114, 116)에서 발생하게 되므로, 상기 방열 핀(114, 116)의 개수가 증가하면 전열 면적이 증대되어 상기 히트 싱크(110)의 평균 온도는 감소한다. 그러나, 냉각 공기의 입구 면적과 방열 핀 사이의 유로 면적이 줄어들어 냉각 공기의 유입 유량이 줄어들고, 냉각 공기가 내측 중심부로 갈수록 빠르게 온도가 상승하여 상기 방열 핀(114, 116)과의 온도 차이가 작아져 열 전달이 감소한다.
따라서, 상기 방열 핀(114, 116)의 개수가 증가할수록 전열 면적 증가에 따른 열 전달 계수의 상승보다 공기 유입량 감소에 따른 열 전달 계수의 감소가 크기 때문에 상기 히트 싱크(110)의 평균 온도는 오히려 상승한다.
마찬가지로, 상기 방열 핀(114, 116)의 길이가 증가하면 전열 면적이 증대되어 상기 히트 싱크(110)의 평균 온도는 감소한다. 그러나, 상기 방열 핀(114, 116)의 길이가 소정 길이 이상이 되면, 상기 히트 싱크(110)의 중심부로 갈수록 냉각 공기의 온도가 상승되어 상기 방열 핀(114, 116)의 온도와 비슷해지기 때문에, 상기 히트 싱크(110)의 평균 온도는 더 이상 감소하지 않는다.
따라서, 상기 방열 핀(114, 116)의 길이가 증가할수록 전열 면적은 증가하여 열 전달 계수가 상승하나, 중심부에 접근할수록 과열 공기에 의해 국소 열 전달 계수는 감소한다.
이에, 본 발명의 일 실시예에서는 상이한 길이 비율을 가지는 복수의 방열 핀, 즉 상기 제1 및 제2 방열 핀(114, 116)을 방사상으로 교대로 배열함으로써, 전열 면적을 증대시키는 한편, 냉각 공기의 유입량과 중심부에서의 유로 면적이 줄어들지 않도록 하여 상기 히트 싱크(110)의 평균 온도를 감소시킬 수 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 제1 방열 핀(114)의 길이와 상기 제2 방열 핀(116)의 길이의 비율은 0.4 ~ 0.7 사이의 값을 가질 수 있는데, 상기 비율이 0.4보다 작은 경우 전열 면적이 줄어들어 열 전달 계수가 감소하고, 0.7보다 큰 경우 중심부에서의 유로 면적이 좁아져 냉각 공기의 유입량이 감소하며, 또한 중심부에서의 냉각 공기의 온도가 상승하여 상기 히트 싱크(110)의 평균 온도는 감소하지 않고 증가된다.
상기 실린더형 구조물(120)은 상기 히트 싱크(110)로 유입되는 공기 유입 경로의 면적을 줄여 유입 공기의 유속을 증가시킬 수 있도록, 상기 히트 싱크(110)의 상면에 결합된다.
이때, 상기 실린더형 구조물(120)은 상기 히트 싱크(110)의 상부를 완전히 커버하도록 상기 방열 핀(114, 116)의 상면에 결합될 수 있다. 이로써, 상기 실린더형 구조물(120)은 상기 히트 싱크(110)의 상부로의 공기 유입을 차단하고, 상기 히트 싱크(110)의 측부로의 공기 유입만을 허용할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 히트 싱크(110)의 상면에 상기 실린더형 구조물(120)을 결합하여 상기 히트 싱크(110)의 상부를 완전히 커버함으로써, 상기 히트 싱크(110)의 상부로의 공기 유입을 차단하고 상기 히트 싱크(110)의 측부로의 공기 유입만을 허용하여, 상기 히트 싱크(110)로 유입되는 공기 유입 경로의 면적을 줄여 유입 공기의 유속을 증가시킬 수 있으며, 이를 통해 상기 히트 싱크(110)의 열 전달 효율을 개선할 수 있다.
참고로, 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더형 구조물을 이용한 방열 장치(100)는 상기 제1 및 제2 방열 핀(114, 116)을 포함하는 히트 싱크뿐만 아니라, 원형 판 형태의 베이스(112)를 가지고 있는 모든 히트 싱크(110)에 적용 가능하다.
도 2는 도 1의 방열 장치(100)를 포함하는 조명 장치의 측면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 조명 장치(200)는 광원 모듈(210), 히트 싱크(110), 및 실린더형 구조물(120)을 포함할 수 있다.
상기 광원 모듈(210)은 LED 소자 등의 발열체를 포함하는 발광소자 패키지(212), 및 상기 발광소자 패키지(212)가 적어도 하나 이상 장착되는 기판(214)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 히트 싱크(110)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 광원 모듈(210)의 상면에 원형의 판 형태로 형성되는 베이스(112), 및 상기 베이스(112)의 상면에 방사상으로 배열되는 방열 핀(114, 116)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 방열 핀(114, 116)은 상기 베이스(112)의 상면에 구비되며, 원주 방향을 따라서 방사상으로 배열되는 제1 방열 핀(114), 및 상기 베이스(112)의 상면에 구비되며, 상기 제1 방열 핀(114) 사이에 상기 제1 방열 핀(114)보다 짧은 길이를 가지면서 방사상으로 배열되는 제2 방열 핀(116)을 포함할 수 있다.
상기 히트 싱크(110)와 상기 기판(214) 사이에는 접촉 열저항(thermal resistance)을 줄이기 위한 열전도 그리스가 삽입될 수 있다. 즉, 상기 히트 싱크(110)와 상기 기판(214) 사이에는 열전도 그리스가 도포될 수 있으며, 이에 따라 상기 히트 싱크(110)와 상기 광원 모듈(210) 사이의 접촉 열저항이 감소할 수 있다.
상기 실린더형 구조물(120)은 상기 히트 싱크(110)로 유입되는 공기 유입 경로의 면적을 줄여 유입 공기의 유속을 증가시킬 수 있도록, 상기 히트 싱크(110)의 상면에 결합된다.
이때, 상기 실린더형 구조물(120)은 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 히트 싱크(110)의 상부를 완전히 커버하도록 상기 방열 핀(114, 116)의 상면에 결합되어, 상기 히트 싱크(110)의 상부로의 공기 유입을 차단하고 상기 히트 싱크(110)의 측부로의 공기 유입만을 허용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실린더형 구조물을 이용한 방열 장치의 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 실린더형 구조물을 이용한 방열 장치(300)는 히트 싱크(310) 및 실린더형 구조물(320)을 포함한다.
상기 히트 싱크(310)는 원형의 판 형태로 형성되며 하면에 발열체(예: LED 소자)가 배치되는 베이스(312), 및 상기 베이스(312)의 상면에 방사상으로 배열되는 방열 핀(314, 316)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 베이스(312)는 상기 발열체로부터 발생하는 고온의 열을 전달받아 1차적으로 방출시켜 상기 발열체를 냉각시키는 역할을 한다.
따라서, 상기 베이스(312)는 원활한 열방출을 위해 알루미늄과 같은 열전도성이 우수한 금속 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 베이스(312)는 도면에서와 같이 원형의 형상으로 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 않고 조명 장치의 프레임에 설치되는 구조에 따라서 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 베이스(312)는 중심부에 관통 형성된 방열홀(318)을 구비함으로써 상기 발열체로부터 발생된 열이 상기 베이스(312)의 반대 측면으로 직접적으로 이동할 수 있도록 한다.
상기 방열 핀(314, 316)은 복수개가 상기 베이스(312)에서 상기 발열체가 실장될 수 있는 실장 영역을 구비하는 측면의 타측면에 구비되며, 원주 방향을 따라서 방사상으로 배열된다.
상기 방열 핀(314, 316)은 직사각형의 패널 형상으로 이루어질 수 있으며, 일단부가 상기 베이스(312)와 수직하게 접하여 상기 베이스(312)의 엣지(edge)부로부터 중심부의 방열 홀(318)을 향해 연장되는 구조로 복수개가 구비된다.
상기 방열 핀(314, 316)은 제1 방열 핀(314) 및 제2 방열 핀(316)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제1 방열 핀(314)은 상기 베이스(312)의 상면에 구비되며, 원주 방향을 따라서 방사상으로 배열될 수 있다.
상기 제2 방열 핀(316)은 상기 베이스(312)의 상면에 구비되며, 상기 제1 방열 핀(314) 사이에 상기 제1 방열 핀(314)보다 짧은 길이를 가지면서 방사상으로 배열될 수 있다.
이때, 상기 제1 방열 핀(314)의 길이와 상기 제2 방열 핀(316)의 길이는 0.4 ~ 0.7 사이의 비율 값을 가질 수 있다.
열 전달 측면에서 살펴보면, 대부분의 열 전달은 상기 방열 핀(314, 316)에서 발생하게 되므로, 상기 방열 핀(314, 316)의 개수가 증가하면 전열 면적이 증대되어 상기 히트 싱크(310)의 평균 온도는 감소한다. 그러나, 냉각 공기의 입구 면적과 방열 핀 사이의 유로 면적이 줄어들어 냉각 공기의 유입 유량이 줄어들고, 냉각 공기가 내측 중심부로 갈수록 빠르게 온도가 상승하여 상기 방열 핀(314, 316)과의 온도 차이가 작아져 열 전달이 감소한다.
따라서, 상기 방열 핀(314, 316)의 개수가 증가할수록 전열 면적 증가에 따른 열 전달 계수의 상승보다 공기 유입량 감소에 따른 열 전달 계수의 감소가 크기 때문에 상기 히트 싱크(310)의 평균 온도는 오히려 상승한다.
마찬가지로, 상기 방열 핀(314, 316)의 길이가 증가하면 전열 면적이 증대되어 상기 히트 싱크(310)의 평균 온도는 감소한다. 그러나, 상기 방열 핀(314, 316)의 길이가 소정 길이 이상이 되면, 상기 히트 싱크(310)의 중심부로 갈수록 냉각 공기의 온도가 상승되어 상기 방열 핀(314, 316)의 온도와 비슷해지기 때문에, 상기 히트 싱크(310)의 평균 온도는 더 이상 감소하지 않는다.
따라서, 상기 방열 핀(314, 316)의 길이가 증가할수록 전열 면적은 증가하여 열 전달 계수가 상승하나, 중심부에 접근할수록 과열 공기에 의해 국소 열 전달 계수는 감소한다.
이에, 본 발명의 일 실시예에서는 상이한 길이 비율을 가지는 복수의 방열 핀, 즉 상기 제1 및 제2 방열 핀(314, 316)을 방사상으로 교대로 배열함으로써, 전열 면적을 증대시키는 한편, 냉각 공기의 유입량과 중심부에서의 유로 면적이 줄어들지 않도록 하여 상기 히트 싱크(310)의 평균 온도를 감소시킬 수 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 제1 방열 핀(314)의 길이와 상기 제2 방열 핀(316)의 길이의 비율은 0.4 ~ 0.7 사이의 값을 가질 수 있는데, 상기 비율이 0.4보다 작은 경우 전열 면적이 줄어들어 열 전달 계수가 감소하고, 0.7보다 큰 경우 중심부에서의 유로 면적이 좁아져 냉각 공기의 유입량이 감소하며, 또한 중심부에서의 냉각 공기의 온도가 상승하여 상기 히트 싱크(310)의 평균 온도는 감소하지 않고 증가된다.
상기 실린더형 구조물(320)은 상기 히트 싱크(310)로 유입되는 공기 유입 경로의 면적을 줄여 유입 공기의 유속을 증가시킴으로써 상기 히트 싱크(310)의 열 전달 효율을 개선하는 역할을 한다.
이를 위해, 상기 실린더형 구조물(320)은 굴뚝부(322) 및 공기 유입 차단부(324)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 굴뚝부(322)는 상기 히트 싱크(310)의 상부 일부분을 커버하도록, 상기 방열 핀(312, 314)의 상면에 결합될 수 있다. 예컨대, 상기 굴뚝부(322)는 원통형으로 형성되고, 상기 히트 싱크(310)의 중심부와 엣지부 사이의 중간 지점에 위치한 방열 핀(312, 314) 위에 결합될 수 있다.
상기 공기 유입 차단부(324)는 상기 히트 싱크(310)의 상부 나머지 부분을 커버하도록, 상기 굴뚝부(322)의 하단 외주면으로부터 원주 방향으로 수평 연장되어 배치될 수 있다.
이와 같이, 상기 실린더형 구조물(320)은 상기 굴뚝부(322)와 상기 공기 유입 차단부(324)로 이루어져 상기 히트 싱크(310)의 상부를 완전히 커버할 수 있으며, 이를 통해 상기 히트 싱크(310)의 상부로의 공기 유입을 차단하고, 상기 히트 싱크(310)의 측부로의 공기 유입만을 허용할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에서는 상기 히트 싱크(310)의 상면에 굴뚝 형상의 상기 실린더형 구조물(320)을 결합하여 상기 히트 싱크(310)의 상부를 완전히 커버함으로써, 상기 히트 싱크(310)의 상부로의 공기 유입을 차단하고 상기 히트 싱크(310)의 측부로의 공기 유입만을 허용하여, 상기 히트 싱크(310)로 유입되는 공기 유입 경로의 면적을 줄여 유입 공기의 유속을 증가시킬 수 있으며, 이를 통해 상기 히트 싱크(310)의 열 전달 효율을 개선할 수 있다.
참고로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 실린더형 구조물을 이용한 방열 장치(300)는 상기 제1 및 제2 방열 핀(114, 116)을 포함하는 히트 싱크뿐만 아니라, 원형 판 형태의 베이스(112)를 가지고 있는 모든 히트 싱크(110)에 적용 가능하다.
도 4는 도 3의 방열 장치(300)를 포함하는 조명 장치의 측면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 조명 장치(400)는 광원 모듈(410), 히트 싱크(310), 및 실린더형 구조물(320)을 포함할 수 있다.
상기 광원 모듈(410)은 LED 소자 등의 발열체를 포함하는 발광소자 패키지(412), 및 상기 발광소자 패키지(412)가 적어도 하나 이상 장착되는 기판(414)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 히트 싱크(310)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 광원 모듈(410)의 상면에 원형의 판 형태로 형성되는 베이스(312), 및 상기 베이스(312)의 상면에 방사상으로 배열되는 방열 핀(314, 316)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 방열 핀(314, 316)은 상기 베이스(312)의 상면에 구비되며, 원주 방향을 따라서 방사상으로 배열되는 제1 방열 핀(314), 및 상기 베이스(312)의 상면에 구비되며, 상기 제1 방열 핀(314) 사이에 상기 제1 방열 핀(314)보다 짧은 길이를 가지면서 방사상으로 배열되는 제2 방열 핀(316)을 포함할 수 있다.
상기 히트 싱크(310)와 상기 기판(414) 사이에는 접촉 열저항(thermal resistance)을 줄이기 위한 열전도 그리스가 삽입될 수 있다. 즉, 상기 히트 싱크(310)와 상기 기판(414) 사이에는 열전도 그리스가 도포될 수 있으며, 이에 따라 상기 히트 싱크(310)와 상기 광원 모듈(410) 사이의 접촉 열저항이 감소할 수 있다.
상기 실린더형 구조물(320)은 상기 히트 싱크(310)로 유입되는 공기 유입 경로의 면적을 줄여 유입 공기의 유속을 증가시킬 수 있도록, 상기 히트 싱크(310)의 상면에 결합된다.
이때, 상기 실린더형 구조물(320)은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 히트 싱크(310)의 상부를 완전히 커버하도록 상기 방열 핀(314, 316)의 상면에 결합되어, 상기 히트 싱크(310)의 상부로의 공기 유입을 차단하고 상기 히트 싱크(310)의 측부로의 공기 유입만을 허용할 수 있다.
도 5 및 도 6은 실린더형 구조물이 설치되지 않은 원형 히트 싱크(기존 모델)와 실린더형 구조물이 설치된 원형 히트 싱크(개선 모델) 각각에 대한 수치 해석 결과로서 공기의 유동을 화살표로 나타낸 도면이고, 도 7은 도 5 및 도 6의 수치 해석 결과를 표로 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 상기 개선 모델은 상기 기존 모델보다 히트 싱크의 평균 온도가 13.5°C 낮아지고 히트 싱크의 열 저항은 35% 개선되었다. 또한, 상기 개선 모델은 실린더 설치로 인해 히트 싱크의 유입 공기 속도가 상기 기존 모델에 비해 3.5배 증가하였다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더형 구조물을 이용한 방열 장치는 기존 제품에 비해 우월한 방열 성능을 가짐을 확인할 수 있다.
한편, 다양한 재질의 실린더형 구조물에 대하여 수치해석을 한 결과로서, 실린더형 구조물의 재질은 히트 싱크의 방열 성능에 큰 영향을 미치지 않는다는 것을 실험을 통해 알 수 있었다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
110, 310: 히트 싱크
112, 312: 베이스
114, 314: 제1 방열 핀
116, 316: 제2 방열 핀
118, 318: 방열홀
120, 320: 실린더형 구조물
210, 410: 광원 모듈
212, 412: 발광소자 패키지
214, 414: 기판
322: 굴뚝부
324: 공기 유입 차단부

Claims (9)

  1. 원형의 판 형태로 형성되며 하면에 발열체가 배치되는 베이스를 포함하는 히트 싱크; 및
    상기 히트 싱크로 유입되는 공기 유입 경로의 면적을 줄여 유입 공기의 유속을 증가시킬 수 있도록, 상기 히트 싱크의 상면에 결합되는 실린더형 구조물
    을 포함하고,
    상기 히트 싱크는
    상기 베이스의 상면에 구비되며, 원주 방향을 따라서 방사상으로 배열되는 제1 방열 핀; 및
    상기 베이스의 상면에 구비되며, 상기 제1 방열 핀 사이에 상기 제1 방열 핀보다 짧은 길이를 가지면서 방사상으로 배열되는 제2 방열 핀
    을 더 포함하고,
    상기 제1 방열 핀의 길이와 상기 제2 방열 핀의 길이는 0.4 ~ 0.7 사이의 비율 값을 가지며,
    상기 실린더형 구조물은
    상기 히트 싱크의 상부 일부분을 커버하도록, 상기 방열 핀의 상면에 결합되는 굴뚝부; 및
    상기 히트 싱크의 상부 나머지 부분을 커버하도록, 상기 굴뚝부의 하단 외주면으로부터 원주 방향으로 수평 연장되어 배치되는 공기 유입 차단부
    를 포함하고,
    상기 베이스는 중심부에 관통 형성된 방열홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 실린더형 구조물을 이용한 방열 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 발열체를 포함하는 발광소자 패키지, 및 상기 발광소자 패키지가 적어도 하나 이상 장착되는 기판을 포함하는 광원 모듈;
    상기 광원 모듈의 상면에 원형의 판 형태로 형성되는 베이스를 포함하는 히트 싱크; 및
    상기 히트 싱크로 유입되는 공기 유입 경로의 면적을 줄여 유입 공기의 유속을 증가시킬 수 있도록, 상기 히트 싱크의 상면에 결합되는 실린더형 구조물
    을 포함하고,
    상기 히트 싱크는
    상기 베이스의 상면에 구비되며, 원주 방향을 따라서 방사상으로 배열되는 제1 방열 핀; 및
    상기 베이스의 상면에 구비되며, 상기 제1 방열 핀 사이에 상기 제1 방열 핀보다 짧은 길이를 가지면서 방사상으로 배열되는 제2 방열 핀
    을 더 포함하고,
    상기 제1 방열 핀의 길이와 상기 제2 방열 핀의 길이는 0.4 ~ 0.7 사이의 비율 값을 가지며,
    상기 실린더형 구조물은
    상기 히트 싱크의 상부 일부분을 커버하도록, 상기 방열 핀의 상면에 결합되는 굴뚝부; 및
    상기 히트 싱크의 상부 나머지 부분을 커버하도록, 상기 굴뚝부의 하단 외주면으로부터 원주 방향으로 수평 연장되어 배치되는 공기 유입 차단부
    를 포함하고,
    상기 베이스는 중심부에 관통 형성된 방열홀을 구비하고,
    상기 히트 싱크와 상기 기판 사이에는
    접촉 열저항(thermal resistance)을 줄이기 위한 열전도 그리스가 삽입되는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
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