KR101787364B1 - 자연방열형 led 조명기구 - Google Patents

자연방열형 led 조명기구 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자연방열형 LED 조명기구에 관련되며, 구성에 특징을 살펴보면, 복수의 슬롯(12)이 개방되는 베이스프레임(10)과, 베이스프레임(10) 상부를 마감하면서 내부에 격실(22)을 형성하는 덮개 프레임(20)을 포함하여 구성되는 헤드부(100); 상기 슬롯(12)에 장착되어, 격실(22) 외부로 led(32)가 노출되면서 내부로 복수의 방열판(34)이 구비되는 LED패키지(30); 상기 각각의 방열판(34)은 반복되는 V형 홈부(34a)와 V형 돌부(34b)를 가진 사인파곡선(sine wave)으로 형성되고, 상기 V형 돌부(34b)는 인접하는 방열판(34)의 V형 홈부(34a)에 맞물리도록 중첩 배치되어 방열유로(40)를 형성하며, 상기 방열판(34)은 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 상협하광(上狹下廣)형으로 형성되어, 방열유로(40)의 하부는 사인파곡선 유로(40a)로 형성되면서 상부는 직선 유로(40b)로 형성되는 구성을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명은 사인파곡선을 가진 상협하광형 방열판이 서로 맞물리도록 중첩 배치됨에 따라 종래 대비 단위면적당 방열면적이 20~30%로 확장되면서 각각의 방열판 사이에 사인파곡선 라인과 직선 라인으로 형성되는 방열유로를 통하여 열교환이 신속하게 이루어지는 효과가 있다.

Description

자연방열형 LED 조명기구{Natural heat dissipation LED Lighting Fixtures}
본 발명은 자연방열형 LED 조명기구에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사인파곡선(sine wave)을 가진 상협하광(上狹下廣)형 방열판을 서로 맞물리도록 중첩 배치하여 단위면적당 방열면적이 확장되면서 각각의 방열판 사이에 공기순환로를 확보하여 자연대류에 의해 열이 신속하게 방출되는 자연방열형 LED 조명기구에 관한 것이다.
일반적으로 LED(Light Emitting Diode)는 전류 인가에 의해 P-N 반도체 접합(P-N junction)구조를 이용하여 빛을 발하는 반도체소자로서, 일반적인 백열전구 또는 형광등과 같은 조명기구에 비하여 저전력으로 수명이 길고, 전력제어에 의한 광량조절이 용이하여 가정용은 물론 산업용 조명기구로 널리 사용되고 있다.
특히, 가로등을 포함하는 고출력 LED가 적용되는 조명기구의 경우, 많은 열로 인한 LED 조명기구의 과열 및 수명 저하를 방지하기 위해 LED 출력에 비례하게 큰 방열부재가 부가되어야 하므로 조명기구의 컴팩트화에 한계가 있으며, 근자에 개발되는 방열판 일체형 LED패키지의 경우, 단위면적당 방열면적의 한계로 고출력 LED 적용에 많은 문제점이 따랐다.
이에 종래에 개시된 LED 방열기술을 살펴보면, 등록특허 제10-1199011호에서 다수개의 방열돌기가 구비되는 방열본체와, 방열본체 전후면을 커버하도록 결합되는 측면지지판과, 측면지지판에 다수개의 방열통기홀이 형성되어 공냉효율을 높이기 위한 기술이 선등록된바 있고, 또 등록특허 제10-1492040호에서 LED모듈에 일체로 형성되는 방열하우징이 평판형태로 복수개로 구비되는 기술이 게시되어 있지만, 상기 종래기술들은 다수개의 방열돌기가 평판형태로 단순 직렬배치되는 구조로 방열면적이 협소하여 높은 방열효율을 기대하기 어렵고, 이로 인해 컴팩트형 고출력 LED 조명기구에 적용이 불가능한 실정이다.
그리고, 방열기능을 보다 효율적으로 개선하기 위해, 등록특허 제10-1381947호에서 방열부재를 방열 플레이트에 고정 설치하되, 이때 방열부재는 지그재그형상으로 절곡되어 일면이 국부적으로 방열 플레이트에 접촉되도록 하고 있지만, 절곡형상의 특성상 일측이 방열 플레이트에 의해 폐쇄되어 터널형 공간이 형성되므로 공기순환이 원활하지 못하여 오히려 방열효율을 저하시키는 폐단이 따랐다.
이에 따라 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 착안 된 것으로서, 사인파곡선(sine wave)을 가진 상협하광(上狹下廣)형 방열판을 서로 맞물리도록 중첩 배치하여 단위면적당 방열면적이 확장되면서 각각의 방열판 사이에 공기순환로를 확보하여 자연대류에 의해 열이 신속하게 방출되도록 하는 자연방열형 LED 조명기구를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 특징은, 복수의 슬롯(12)이 개방되는 베이스프레임(10)과, 베이스프레임(10) 상부를 마감하면서 내부에 격실(22)을 형성하는 덮개 프레임(20)을 포함하여 구성되는 헤드부(100); 상기 슬롯(12)에 장착되어, 격실(22) 외부로 led(32)가 노출되면서 내부로 복수의 방열판(34)이 구비되는 LED패키지(30); 상기 각각의 방열판(34)은 반복되는 V형 홈부(34a)와 V형 돌부(34b)를 가진 사인파곡선(sine wave)으로 형성되고, 상기 V형 돌부(34b)는 인접하는 방열판(34)의 V형 홈부(34a)에 맞물리도록 중첩 배치되어 방열유로(40)를 형성하며, 상기 방열판(34)은 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 상협하광(上狹下廣)형으로 형성되어, 방열유로(40)의 하부는 사인파곡선 유로(40a)로 형성되면서 상부는 직선 유로(40b)로 형성되는 구성을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 베이스프레임(10)과 덮개프레임(10)은 각각 관절부(110)에 독립적으로 힌지(111) 결합되어 동축상에서 선회작동되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 베이스프레임(10)과 덮개프레임(20)에는 외부공기를 공급하는 유입구(11)와, 격실(22) 내부 공기를 배출하는 배기구(21)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유입구(11)와 배기구(21)는 슬롯(12)을 중심으로 서로 반대측에 배치되어, 방열판(34)의 방열유로(40)를 경유하는 자연대류 순환로(50)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유입구(11)와 배기구(21)는 복수개소에 형성되어, 밸브편(60)에 의해 닫힘 또는 개방량이 조절되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유입구(11)와 배기구(21)는 해충망(70)에 의해 마감되고, 해충망(70)은 모노필라멘트사를 포함하는 합성수지사를 이용하여 밀도 20-60EA/Inch, 개구사이즈 400-700㎛인 망으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이상의 구성 및 작용에 의하면, 본 발명은 사인파곡선을 가진 상협하광형 방열판이 서로 맞물리도록 중첩 배치됨에 따라 종래 대비 단위면적당 방열면적이 20~30%로 확장되면서 각각의 방열판 사이에 사인파곡선 라인과 직선 라인으로 형성되는 방열유로를 통하여 열교환이 신속하게 이루어지는 효과가 있다.
그리고, 본 발명은 헤드부의 베스프레임에 형성되는 외부공기 유입구와, 덮개프레임에 형성되는 배기구에 의해 방열유로를 경유하는 자연대류 순환로가 형성됨에 따라 방열판과 열교환된 공기가 자연대류 현상에 의해 격실 외부로 신속하게 배기되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자연방열형 LED 조명기구를 전체적으로 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 자연방열형 LED 조명기구의 베이스 프레임을 도시한 구성도.
도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 자연방열형 LED 조명기구의 방열판을 도시한 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 자연방열형 LED 조명기구의 방열판에 형성된 방열유로를 나타낸 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 자연방열형 LED 조명기구의 방열을 위한 공기순환구조의 실시예를 도시한 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 자연방열형 LED 조명기구의 방열을 위한 공기순환구조의 다른 실시예를 도시한 구성도.
도 8은 본 발명에 따른 자연방열형 LED 조명기구에 해충망이 구비된 실시예를 도시한 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명은 자연방열형 LED 조명기구에 관련되며, 이때 자연방열형 LED 조명기구는 사인파곡선을 가진 상협하광형 방열판을 서로 맞물리도록 중첩 배치하여 단위면적당 방열면적이 확장되면서 각각의 방열판 사이에 공기순환로를 확보하여 자연대류에 의해 열이 신속하게 방출되도록 하기 위해 베이스 프레임(10), 프레임(20), LED패키지(30), 방열유로(40)을 포함하여 주요구성으로 이루어진다.
본 발명에 따른 헤드부(100)는 복수의 슬롯(12)이 개방되는 베이스프레임(10)과, 베이스프레임(10) 상부를 마감하면서 내부에 격실(22)을 형성하는 덮개프레임(20)을 포함하여 구성된다. 도 1과 같이 헤드부(100)는 베이스프레임(10)과 덮개프레임(20)의 조립체로 내부에 격실(22)이 형성되고, 이때 베이스프레임(10)은 열전도성이 우수한 판형으로 형성되면서 일단에 관절부(110)가 일체로 형성되어 지지대상에서 각도조절가능하게 구비된다.
그리고, 상기 베이스프레임(10)은 LED패키지(30)를 삽입 설치하도록 복수의 슬롯(12)이 홀형태로 개방되는바, 여기서 슬롯(12)은 LED패키지(30) 저면 사이즈 대비 작게 형성되어 LED패키지(30)를 설치시 슬롯(12) 가장자리부에 긴밀하게 면접되어 해충침입이 차단된다.
한편, 상기 슬롯(12)은 도 2에 도시된 바와 같이 베이스프레임(10)을 성형시 초기 관통형성되는 기본슬롯(12a)과, 추후 LED패키지(30)를 추가 설치가능하도록 절단라인(예컨데, 슬롯 형상을 따라 복수의 따내기 라인을 형성)에 의해 따내기 방식으로 형성되는 확장슬롯(12b)이 추가로 더 구비되는 구성도 가능하다.
또, 상기 베이스프레임(10)과 덮개프레임(20)에 각각 구비되고, 관통구멍(110a)이 형성되는 관절부(110)와, 상기 관절부(110)의 관통구멍(110a)이 동축상에 일치되어 지지대(1) 단부에 구비되는 힌지(111)에 결합되고, 힌지(111)를 축으로 베이스프레임(10)과 덮개프레임(20)에 각각 독립적으로 선회작동된다. 즉, 상기 덮개프레임(20)은 베이스프레임(10) 상부를 마감하도록 돔형으로 형성되어 내측에 방열판(34)이 수용되는 격실(22)이 구비되고, 이때 상기 베이스프레임(10)과 덮개프레임(20)은 각각 관절부(110)에 독립적으로 힌지(111) 결합되어 동축상에서 선회작동되도록 구비되고, 일단에 베이스프레임(10)과 덮개프레임(20)을 결속하는 잠금레버(112)가 구비된다.
이에 상기 덮개프레임(20)은 잠금레버(112)를 해제 후 힌지(111)를 축으로 선회작동되면서 개방되는 간단한 작동방식으로 인해 조립 및 LED패키지(30)의 교체가 용이하고, 또 베이스프레임(10)과 덮개프레임(20)이 각각 관절부(110)에 독립적으로 지지되어 하중이 분산되므로 관절부(110)와 연결되는 부분의 손상이 방지된다.
또한, 본 발명에 따른 LED패키지(30)는 슬롯(12)에 장착되어, 격실(22) 외부로 LED(32)가 노출되면서 내부로 복수의 방열판(34)이 구비된다. LED패키지(30)는 LED(32)와 방열판(34)이 일체로 형성되어 조명기구 사용용도에 따라 간단하게 추가확장하여 광량조절되도록 구비되고, 여기서 방열판(34)은 LED패키지(30) 상부로 돌출되어 격실(22) 내부에서 해충, 이물질을 포함하는 외부환경으로부터 보호되어 장기간 무청소 운전에도 방열효율이 초기상태로 우수하게 유지된다.
이때, 상기 각각의 방열판(34)은 횡방향으로 반복되는 V형 홈부(34a)와 V형 돌부(34b)를 가진 사인파곡선(sine wave)으로 형성되고, 상기 V형 돌부(34b)는 인접하는 방열판(34)의 V형 홈부(34a)에 맞물리도록 중첩 배치되어 방열유로(40)가 형성된다. 방열판(34)은 횡단면형상이 사인파곡선으로 형성되고, 도 3과 같이 서로 인접하는 방열판(34)의 V형 돌부(34b)가 V형 홈부(34a)에 수용된 상태로 맞물려 중첩되고, 이때 각각의 방열판(34) 사이 이격 공간으로 인해 방열유로(40)가 사인파곡선으로 형성된다.
이처럼 방열판(34)이 사인파곡선으로 형성되어 V형 홈부(34a)와 V형 돌부(34b)가 중첩됨에 따라 종래 대비 단위면적당 방열면적이 20~30%로 확장되는 이점이 있고, 이때 사인파곡선으로 형성되는 방열유로(40)는 후술하는 방열판(34)의 상협하광(上狹下廣)형 구조와의 유기적인 결합관계에 의해 공기순환이 용이하여 방열효율이 우수하게 유지된다.
이때, 상기 방열판(34)은 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 상협하광(上狹下廣)형으로 형성되어, 방열유로(40)의 하부는 사인파곡선 라인(40a)으로 형성되면서 상부는 직선 라인(40b)으로 형성된다. 방열판(34)은 도 4와 같이 측면도 형상이 하부에서 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 경사각을 이루고, 이에 따라 도 5 (a)와 같이 방열판(34) 하부는 인접하는 V형 돌부(34b)와 V형 홈부(34a)가 서로 맞물려 사인파곡선 라인(40a)으로 공기가 이동하는 방열유로가 형성되고, 방열판(34) 상부는 조 5 (b)처럼 방열판(34)이 서로 이격되어 일직선으로 공기가 통과되는 직선 라인(40b)의 방열유로가 형성된다.
이에 방열판(34)을 사인파곡선으로 형성하면서 서로 중첩 배치하더라도 방열판(34) 상부에 형성되는 직선라인(40b) 방열유로(40)로 인해 공기가 신속하게 통과하여 방열효율이 향상되고, 특히 직선라인(40b)으로 통과하는 공기흐름에 의해 사인파곡선라인(40a)에서 열교환된 공기까지 신속하게 회수되어 전체적인 방열효율이 향상되는 이점이 있다.
또한, 상기 베이스프레임(10)과 덮개프레임(20)에는 외부공기를 공급하는 유입구(11)와, 격실(22) 내부 공기를 배출하는 배기구(21)가 형성된다. 도 6 (a) 내지 (b)에서 유입구(11)와 배기구(21)는 덮개프레임(20) 양측면에 형성된 상태를 도시하는바, 도 6 (a)는 방열판 길이방향이 헤드부(100) 폭방향으로 배치되고, 방열판(34)과 인접하는 덮개프레임(20) 중앙부 양측면에 유입구(11)와 배기구(21)를 배치하여 외부공기가 덮개프레임(20)의 양측면을 통과하여 열교환공기를 배출하는 구성이고, 도 6 (b)는 방열판(34) 길이방향이 헤드부(100) 길이방향으로 배치되고, 방열판(34)와 인접하는 덮개프레임(20) 중앙부 양측면에 배기구(21)를 배치하고, 방열판(34)과 원거리에 이격된 덮개프레임(20) 전방, 후방에 유입구(11)를 형성하는바, 이때 유입구(11)는 배기구(21) 대비 작은 사이즈로 형성되어 방열판(34)에 열교환된 공기가 배기구(21)를 통하여 신속하게 배출되고, 이때 배출공기량 만큼 유입구(11)를 통하여 외부공기가 유입되는 자연순환구조로 인해 방열효율이 향상된다.
또, 도 6 (c)에서는 베이스프레임(10)에 유입구(11)가 형성되고, 덮개프레임(20)에 공기를 배출하는 배기구(21)가 형성된 상태를 도시한다. 이에 격실(22) 내부에서 열교환된 공기는 대류현상에 의해 배기구(21)를 통하여 배출되고, 이어서 유입구(11)를 통하여 외부공기가 격실(22) 내부로 유입되는 순환구조를 가지므로 자연대류에 의한 방열효율이 향상된다.
즉, 상기 유입구(11)와 배기구(21)는 슬롯(12)을 중심으로 서로 반대측에 배치되어, 방열판(34)의 방열유로(40)를 경유하는 자연대류 순환로(50)가 형성된다. 자연대류 순환로(50)는 도 6 (c)와 같이 베이스프레임(10) 후방에 유입구(11)를 형성하고, 덮개프레임(20) 전방에 배기구(21)를 형성하여 유입구(11)를 통하여 유입된 외부공기는 방열판(34)을 경유하여 배기구(21)를 통하여 배출되도록 형성됨에 따라 방열판(34)과 열교환된 공기가 자연대류 순환로(50)를 타고 신속하게 배출되어 방열판(34) 냉각속도가 향상된다.
또한, 상기 유입구(11)와 배기구(21)는 복수개소에 형성되어, 밸브편(60)에 의해 닫힘 또는 개방량이 조절되도록 구비된다. 즉 유입구(11)와 배기구(21)는 슬롯(12)을 중심으로 베이스프레임(10)과 덮개프레임(20) 전후방에 각각 구비되고, 도 7과 같이 헤드부(100)의 경사각에 의해 낮은 측 유입구(11)를 개방하고, 높은 측 배기구(21)를 개방하여 자연대류현상에 의한 공기흐름을 보다 신속하게 이루어지도록 하고, 또 계절에 따른 외부환경에 따라 유입구(11), 배기구(21)의 개방량을 조절하여 순환공기량이 제어하게 된다.
또한, 상기 유입구(11)와 배기구(21)는 해충망(70)에 의해 마감되고, 해충망(70)은 모노필라멘트사를 포함하는 합성수지사를 이용하여 밀도 20-60EA/Inch, 개구사이즈 400-700㎛인 망으로 형성된다. 합성수지사는 PET계 엘라스토머사, PBT계 엘라스토머사, 우레탄계 엘라스토머사, 멀티필라켄트사를 PVC코팅하거나, 합성섬유 모노필라멘트사를 PVC로 코팅한 것 중에서 택일하여 사용한다.
이처럼 해충망(70)이 밀도 20-60EA/Inch, 개구사이즈 400-700㎛으로 형성됨에 따라 합성수지사가 저데니어로 구비되어 미세날벌레를 포함하는 해충침입이 차단됨과 더불어 합성수지사 각각의 표면장력이 저하되어 우천시 빗물이 신속하게 통과하여 격실내부가 항상 쾌적하게 유지되는 이점이 있다.
10: 베이스프레임 20: 덮개프레임
30: LED패키지 40: 방열유로
50: 자연대류 순환로 60: 밸브편
70: 해충망

Claims (6)

  1. 복수의 슬롯(12)이 개방되는 베이스프레임(10)과, 베이스프레임(10) 상부를 마감하면서 내부에 격실(22)을 형성하는 덮개 프레임(20)을 포함하여 구성되는 헤드부(100);
    상기 베이스프레임(10)과 덮개프레임(20)에 각각 구비되고, 관통구멍(110a)이 형성되는 관절부(110);
    상기 관절부(110)의 관통구멍(110a)이 동축상에 일치되어 지지대(1) 단부에 구비되는 힌지(111)에 결합되고, 힌지(111)를 축으로 베이스프레임(10)과 덮개프레임(20)에 각각 독립적으로 선회작동되며,
    상기 슬롯(12)에 장착되어, 격실(22) 외부로 led(32)가 노출되면서 내부로 복수의 방열판(34)이 구비되는 LED패키지(30);
    상기 각각의 방열판(34)은 횡방향으로 반복되는 V형 홈부(34a)와 V형 돌부(34b)를 가진 사인파곡선(sine wave)으로 형성되고,
    상기 V형 돌부(34b)는 인접하는 방열판(34)의 V형 홈부(34a)에 맞물리도록 중첩 배치되어 방열유로(40)를 형성하며,
    상기 방열판(34)은 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 상협하광(上狹下廣)형으로 형성되어,
    상기 방열유로(40)의 하부는 인접하는 V형 돌부(34b)와 V형 홈부(34a)가 서로 맞물려 형성되는 사인파곡선 유로(40a)와,
    상기 방열유로(40) 상부는 방열판(34)이 서로 이격되어 일직선으로 공기가 통과되도록 형성되는 직선 유로(40b)로 구성되어,
    상기 직선 유로(40b)으로 신속하게 통과되는 공기흐름에 의해 사인파곡선라인(40a)에서 열교환된 공기까지 신속하게 회수되는 구성을 포함하며,
    상기 방열판(34) 길이방향이 헤드부(100) 폭방향으로 배치되고, 방열판(34)과 인접하는 덮개프레임(20) 양측면에 유입구(11)와 배기구(21)를 배치하여 외부공기가 덮개프레임(20)의 양측면을 통과하여 열교환된 공기를 배출하거나, 상기 방열판(34) 길이방향이 헤드부(100) 길이방향으로 배치되고, 방열판(34)와 인접하는 덮개프레임(20) 양측면에 배기구(21)를 배치하고, 방열판(34)과 원거리에 이격된 덮개프레임(20) 전방, 후방에 유입구(11)를 형성하여 열교환된 공기를 배출하면서 외부공기가 유입되어 자연순환되는 구성을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자연방열형 LED 조명기구.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 베이스프레임(10)과 덮개프레임(20)에는 외부공기를 공급하는 유입구(11)와, 격실(22) 내부 공기를 배출하는 배기구(21)가 형성되는 것을 특징으로 하는 자연방열형 LED 조명기구.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 유입구(11)와 배기구(21)는 슬롯(12)을 중심으로 서로 반대측에 배치되어, 방열판(34)의 방열유로(40)를 경유하는 자연대류 순환로(50)가 형성되는 것을 특징으로 하는 자연방열형 LED 조명기구.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 유입구(11)와 배기구(21)는 복수개소에 형성되어, 밸브편(60)에 의해 닫힘 또는 개방량이 조절되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 자연방열형 LED 조명기구.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 유입구(11)와 배기구(21)는 해충망(70)에 의해 마감되고, 해충망(70)은 모노필라멘트사를 포함하는 합성수지사를 이용하여 밀도 20-60EA/Inch, 개구사이즈 400-700㎛인 망으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자연방열형 LED 조명기구.
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