KR101799732B1 - 엘이디용 공랭식 방열블록 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 엘이디용 공랭식 방열블록(1)은 다음과 같이 구성된다.
하방에 PCB 기판(P)이 부착되도록 형성된 판상의 바디(10)와, 상기 바디(10)의 상방으로 돌출된 방열핀(20)을 포함하는 방열블록에 있어서; 상기 방열핀(20)에 형성되어 외부의 공기가 통과하는 냉각홀(30)을 포함한다.
따라서, 팬(fan)을 사용하지 않고서도 무동력으로 공기를 강제 순환시킬 수 있는 효과가 있기 때문에 배경기술에 의한 공랭식 방열블록에 비해서 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

엘이디용 공랭식 방열블록 {AIR COOLED HEAT RADIATION BLOCK FOR THE LED}

본 발명은 엘이디용 공랭식 방열블록에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 공기가 방열핀의 내부를 통과하도록 구성함으로써 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 엘이디용 공랭식 방열블록에 관한 것이다.

일반적으로 엘이디(LED, light-emitting diode)는 전력소모가 적기 때문에 디스플레이 장치, 실내외 조명, 자동차 헤드라이트 등 다양한 분야에서 광원으로 주목받고 있다. 이러한 엘이디는 내부 저항 등에 의해 고온의 열이 발생하는데, 이 열은 엘이디의 자체 성능이나 수명에 큰 영향을 주기 때문에 방열 문제가 상당히 중요한 기술로 부각되고 있다.

상기 방열 문제를 해결하기 위해서 수냉식과 공랭식이 사용되고 있는데, 수냉식은 물을 순환시켜서 냉각시키는 것이므로 물이 누수될 경우, 감전 사고를 유발할 수 있고, 가로등처럼 높은 곳에 매달아서 사용하는 경우, 물의 충전으로 인한 중량 증가로 인해서 낙하의 사고가 발생할 수 있기 때문에 사용되지 않고 있는 실정이다.

공랭식은 외부 공기와의 열교환을 통해서 엘이디를 방열시키는 것으로서, 엘이디 쪽에서는 가장 광범위하게 사용되고 있는 기술이다.

이러한 공랭식이 적용된 엘이디등(LED 燈)에 대해서 살펴보면 다음과 같다.

선행기술문헌에서 제시한 것처럼, 방열블록이 구성되고 상기 방열블록의 하면에 엘이디가 장착된 PCB 기판이 부착된다. 그리고 상기 PCB 기판을 수용하도록 상기 방열블록의 하면 테두리에 부착되는 투명커버가 구성된다.

상기 방열블록은 판상으로서 하면에 상기 PCB 기판이 부착되는 바디가 형성되고 상기 바디의 상방으로 다수의 방열핀이 형성된다.

따라서, 상기 PCB 기판에 전원을 접속하게 되면 상기 엘이디에서 발광하게 되고, 이때 고온의 열이 발생하게 된다. 이 열은 상기 방열블록의 바디를 통해서 방열핀으로 전도되어 외부의 공기를 통해서 방열된다.

이러한 공랭식 엘이디등의 경우, 상기 방열핀에 접촉되는 외부 공기와의 열교환에 의해서만 방열시키기 때문에, 냉각 효율이 저하되는 문제점이 있었다. 즉, 엘이디의 수명이 단축되고 상기 PCB 기판의 납땜이 녹아서 고장을 유발하는 등의 문제점이 있었다. 특히, 외부 기온이 30℃를 넘나드는 하절기에는 상기 방열블록만으로는 제대로 냉각시킬 수 없는 심각한 문제점이 있었다.

한국 특허공개 제10-2016-0072487호 (2016년 06월 23일)

본 발명에 의한 엘이디용 공랭식 방열블록은, 엘이디등에 구성되는 방열블록의 방열핀 사이로 외부공기가 통과하면서 열교환 되는 것만으로 냉각 효율을 향상시킬 수 없는 문제점을 해결하고자 한다.

본 발명에 의한 공랭식 방열블록은 상기 과제를 해결하기 위해서 다음과 같이 구성된다.

하방에 PCB 기판이 부착되도록 형성된 판상의 바디와, 상기 바디의 상방으로 돌출된 방열핀을 포함하는 방열블록에 있어서;

상기 방열핀에 형성되어 외부의 공기가 통과하는 냉각홀을 포함한다.

또한, 상기 바디의 상면에 연결된 냉각관을 포함하고, 상기 냉각관의 내부홀은 상방으로 개방되고 상기 바디의 하방으로 관통된 것이다.

또한, 상기 방열핀은 판상으로 형성된 것이고, 상기 냉각홀은, 상기 방열핀의 측부단부에 형성된 측방홀과, 상기 방열핀의 상부단부에서 상기 측방홀로 연결된 상부홀을 포함한다.

또한, 상기 측방홀은 상기 상부홀을 향하여 상향하도록 경사지게 형성된 것이다.

또한, 상기 상부홀은 상방을 향하여 폭이 좁게 형성된 테이퍼 모양으로 형성된 것이다.

또한, 상기 냉각관의 내측면에 삽입된 내측관과, 상기 내측관의 내측면에 형성된 나선형의 돌기를 포함하고, 상기 내측관은 상기 냉각관보다 열전도율이 높은 재질로 형성된 것이다.

또한, 상기 방열핀 및 냉각관의 외측면에 부착된 다수의 섬모를 포함하고, 상기 섬모는 상기 방열핀 및 냉각관보다 열전도율이 높은 재질로 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 엘이디용 공랭식 방열블록은 상기 해결수단에 의해서 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 상기 측방홀은 상부홀을 향하여 상향하도록 경사진 것이므로 공기가 보다 용이하게 이송되어 상부홀을 통해서 빠져나가게 된다. 즉, 열교환된 공기는 상승할려는 성질 때문에 상기 측방홀의 경사에 의해서 보다 용이하게 통과하게 된다. 이때, 상부홀은 상방을 향하여 좁게 형성된 것이므로 상단에서 유속이 빨라지게 되므로 측방홀의 공기보다 저압이 된다. 따라서, 측방홀 내부의 공기를 끌어올리게 된다. 따라서, 상기 측방홀과 상부홀을 통해서 신속하게 공기가 통과하게 됨으로써 냉각 효율이 향상되는 효과가 있다.

둘째, 상기 냉각관의 내부홀을 통해서 공기가 통과하면서 내측관에 전도된 열과 열교환되어 배출된다. 이때, 상기 나선형 돌기에 의해서 공기가 회전하면서 상승하게 되므로 회오리가 발생하게 되면서 보다 신속하게 공기가 냉각관을 통과하게 되면서 냉각효율을 향상시킬 수 있다. 이때, 상기 내측관은 냉각관보다 열전달률이 향상된 것이므로 열교환이 용이하게 한다.

셋째, 상기 냉각관과 방열핀의 외측면에 부착된 섬모는 각각 섬세한 형상이기 때문에 열전달 속도가 신속하다. 그리고 외부 공기와의 접촉을 통해서 신속하게 열을 방출할 수 있는 효과가 있다.

넷째, 이처럼, 본 발명에 의하면, 팬(fan)을 사용하지 않고서도 무동력으로 공기를 강제 순환시킬 수 있는 효과가 있기 때문에 배경기술에 의한 공랭식 방열블록에 비해서 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 엘이디용 공랭식 방열블록을 상부에서 본 것을 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 엘이디용 공랭식 방열블록을 하부에서 본 것을 도시한 저면도.
도 3은 도 1의 F-F선을 따라 취한 단면도.
도 4는 도 1의 G-G선을 따라 취한 단면도.
도 5는 본 발명에 의한 엘이디용 공랭식 방열블록의 하방으로 내측패킹과 외측패킹 및 PCB기판과 커버판이 조합되는 과정을 도시한 분해사시도.
도 6은 본 발명에 의한 엘이디용 공랭식 방열블록의 하방으로 내측패킹과 외측패킹이 배치된 것을 도시한 저면도.
도 7은 도 6의 상태에서 PCB기판이 내측패킹과 외측패킹 사이에 배치된 것을 도시한 저면도.

일반적으로 엘이디등(LED 燈)에 구성되어 방열 기능을 하는 공랭식의 방열블록은, 하방에 PCB 기판(P)이 부착되도록 형성된 판상의 바디(10)가 구성되고, 상기 바디(10)의 상방으로 돌출된 방열핀(20)이 구성된다.

본 발명에서는 상기 방열블록이 효율적으로 공기를 통과시켜서 열전달율을 향상시키므로 배경기술에 비해서 냉각 효율을 향상시킬 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.

이를 위한 본 발명의 실시예를 첨부되는 도면과 함께 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 엘이디용 공랭식 방열블록을 상부에서 본 것을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 엘이디용 공랭식 방열블록을 하부에서 본 것을 도시한 저면도이며, 도 3은 도 1의 F-F선을 따라 취한 단면도이고, 도 4는 도 1의 G-G선을 따라 취한 단면도이다.

상기 방열핀(20)에 형성되어 외부의 공기가 통과하는 냉각홀(30)이 구성되고, 상기 바디(10)의 상면에 연결된 냉각관(40)이 구성된다.

상기 방열핀(20)은 판상으로서 상면과 하면이 수평하게 형성된 것이고, 상기 냉각홀(30)은, 상기 방열핀(20)의 측부단부(21)에 형성된 측방홀(33)과, 상기 방열핀(20)의 상부단부(23)에서 상기 측방홀(33)로 연결된 상부홀(35)이 구성된다.

또한, 상기 측방홀(33)은 상기 상부홀(35)을 향하여 상향하도록 경사지게 형성된 것이다. 일레로서 경사각도(A)는 2∼5°가 가능하며, 5°이상일 때에는 바디(10)로부터 너무 떨어지게 되어 열전도율이 오히려 떨어지는 현상이 발생한다.

또한, 상기 상부홀(35)은 상방을 향하여 폭(V)이 좁게 형성된 테이퍼 모양으로 형성된 것이다. 이때, 상부홀(35)의 하단의 폭(V2)이 4∼6mm일 때, 상부홀(35)의 상단의 폭(V1)과 하단의 폭(V2)의 비(R)는 V1/V2=0.5∼0.7이 바람직하다. 상기 비(R)가 0.5 이하가 되면 공기의 배출을 원활하지 않게 되고 0.7 이상일 때에는 공기 유속 향상을 기대할 수 없다.

또한, 상기 냉각관(40)의 내부홀(47)은 상방으로 개방되고 상기 바디(10)의 하방으로 관통된 것이다.

또한, 상기 냉각관(40)의 내측면에 삽입된 내측관(도시하지 않음)이 형성되고, 상기 내측관의 내측면에 형성된 나선형의 돌기(도시하지 않음)가 형성된다. 상기 돌기는 와셔의 내측면에 형성된 나사산과 동일한 형상의 것이다. 그리고, 상기 내측관은 상기 냉각관(40)보다 열전도율이 높은 재질로 형성된 것이다. 일반적으로 상기 냉각관(40)과 방열핀(20) 및 바디(10)는 주로 알루미늄으로 형성되는데, 이때, 상기 내측관은 알루미늄보다 열전도율이 향상된 구리로 형성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 방열핀(20) 및 냉각관(40)의 외측면에 부착된 다수의 섬모(도시하지 않음)를 포함하는데, 상기 방열핀(20) 및 냉각관(40)보다 열전도율이 높은 재질로 형성된 것이 바람직하다. 상기 섬모는 일례로서 선경이 0.1∼0.2mm로 형성되고 길이는 2∼3mm로 형성된 것이므로 공기가 방열핀(20) 사이로 통과하는데 방해가 되지 않도록 구성된다. 일반적으로 상기 냉각관(40)과 방열핀(20) 및 바디(10)는 주로 알루미늄으로 형성되는데, 이때, 상기 섬모는 알루미늄보다 열전도율이 향상된 구리로 형성된 것이 바람직하다. 상기 각각의 섬모는 일례로서 접착제에 의해서 상기 방열핀(20)과 냉각관(40)의 표면에 부착된 것일 수 있다.

또한, 상기 바디의 하면에는 PCB 기판(P)이 삽입되는 장착홈(15)이 형성되고, 상기 장착홈(15)의 내부에는 상기 바디의 하면으로 관통된 내부홀(47)의 둘레에 오링홈(17)이 형성된다.

이하, 첨부되는 도면과 함께 상기 구성에 의한 엘이디용 공랭식 방열블록(1)의 사용례 및 작용을 살펴보면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 의한 엘이디용 공랭식 방열블록의 하방으로 내측패킹과 외측패킹 및 PCB기판과 커버판이 조합되는 과정을 도시한 분해사시도이고, 도 6은 본 발명에 의한 엘이디용 공랭식 방열블록의 하방으로 내측패킹과 외측패킹이 배치된 것을 도시한 저면도이며, 도 7은 도 6의 상태에서 PCB기판이 내측패킹과 외측패킹 사이에 배치된 것을 도시한 저면도이다.

상기 오링홈(17)에 내부오링(60)을 끼우고, 상기 장착홈(15)의 둘레에 외부오링(50)을 삽입한다. 그리고 상기 장착홈(15)에 PCB 기판(9)을 삽입한다. 이때 PCB 기판(9)은 상기 내부오링(60)보다 사이즈가 작고 상기 재부홀(47)에 연결된 홀(H)이 관통됨으로써, PCB 기판(9)이 내부오링(60)을 압축할 수 있고, 상기 내부홀(47)과 연결될 수 있는 것을 사용한다.

이 상태에서 투명커버(C)가 상기 PCB 기판(90)에 밀착되면서 상기 바디(10)의 하면에 부착됨으로써, 내부오링(60)과 외부오링(50)을 압박하여 PCB 기판의 상면으로 물이 유입되어 합선을 유발하는 현상을 방지할 수 있도록 한다. PCB 기판(P)은 하면에 엘이디(L)가 실장되고 상면에 납땜이 됨으로써 상면에 물이 유입되면 고장을 유발하게 됨은 일반적인 사항이므로 자세한 설명은 생략한다.

또한, 상기 투명커버(C)는 상기 홀(H)에 연결되는 홀(E)이 형성됨으로써 투명커버(C)의 홀(E)을 통해서 상기 냉각관(40)의 상방으로 공기가 통과할 수 있도록 구성된다.

상기 투명커버(C)의 부착은 나사(W)가 투명커버(C)를 통과하여 바디(10)의 하면에 체결됨으로 가능하다. 이때, 바디(10)의 하면에는 상기 나사(W)가 체결되는 탭홀(13)이 형성됨은 물론이다.

또한, 상기 PCB 기판(P)에 전원을 접속하기 위해서 상기 바디(100)에는 케이블을 연결하기 위한 케이블홀(17)이 관통되는데, 상기 케이블홀(17)을 통해서 수밀이 가능하도록 상기 PCB 기판(P)에 케이블을 연결하는 것은 일반적인 사항이므로 자세한 설명은 생략한다.

이처럼, 본 발명에 의한 엘이디용 공랭식 방열블록(1)에 PCB 기판(P)과 투명커버(C)를 장착한 상태에서 전원을 PCB 기판(P)에 인가하게 되면 상기 엘이디(L)를 통해서 빛이 조사된다.

이때, 1시간이 경과하게 되면 PCB 기판(P)에서는 120∼250℃의 고열이 발생하게 된다. 그러나 본 발명에 의하면 일차적으로 상기 방열핀(20)을 통해서 방열이 이루어지고, 상기 측방홀(33)로 공기가 유입되어 상부홀(35)로 통과하면서 열교환되어 고온의 공기가 되어 상승기류가 된다. 이때, 상기 측방홀(33)은 상부홀(35)을 향하여 상향하도록 경사진 것이므로 공기가 보다 용이하게 이송되어 상부홀(35)을 통해서 빠져나가게 된다. 즉, 열교환된 공기는 상승할려는 성질 때문에 상기 측방홀(33)의 경사에 의해서 보다 용이하게 통과하게 된다. 이때, 상부홀(35)은 상방을 향하여 좁게 형성된 것이므로 상단에서 유속이 빨라지게 되므로 측방홀(33)의 공기보다 저압이 된다. 따라서, 측방홀(33) 내부의 공기를 끌어올리게 된다. 따라서, 상기 측방홀(33)과 상부홀(35)을 통해서 신속하게 공기가 통과하게 됨으로써 열교환률을 향상시키게 된다.

또한, 상기 바디(10)로 전도된 PCB 기판(P)의 열이 냉각관(40) 및 내측관으로 전달된다. 그러면, 투명커버(C)의 홀(E)을 통해서 상기 냉각관(40)의 내부홀(47)을 통해서 공기가 통과하면서 내측관에 전도된 열과 열교환되어 배출된다. 이때, 상기 나선형 돌기에 의해서 공기가 회전하면서 상승하게 되므로 회오리가 발생하게 되면서 보다 신속하게 공기가 냉각관(40)을 통과하게 되면서 열교환률을 향상시킬 수 있다. 이때, 상기 내측관은 냉각관보다 열전달률이 향상된 것이므로 열교환이 용이하게 한다.

또한, 상기 냉각관(40)과 방열핀(20)의 외측면에 부착된 섬모는 각각 섬세한 형상이기 때문에 열전달 속도가 신속하다. 그리고 외부 공기와의 접촉을 통해서 신속하게 열을 방출할 수 있는 효과가 있다. 즉, 굵기가 1mm인 구리선과 10mm인 구리선이 있다면 상기 1mm인 구리선을 통해서 열이 보다 신속하게 절달되는 것으로부터 상기 효과를 충분히 이해할 수 있다.

이상, 살펴본 본 발명에 의하면, 팬(fan)을 사용하지 않고서도 무동력으로 공기를 강제 순환시킬 수 있는 효과가 있기 때문에 배경기술에 의한 공랭식 방열블록에 비해서 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형례와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 엘이디용 공랭식 방열블록 10: 바디
13: 탭홀 15: 장착홈
17: 오링홈 20: 발열핀
30: 냉각홀 33: 측방홀
35: 상부홀 40: 냉각관
47: 내부홀

Claims (7)

1. 하방에 PCB 기판(P)이 부착되도록 형성된 판상의 바디(10)와,
   상기 바디(10)의 상방으로 돌출된 방열핀(20)을 포함하는 방열블록에 있어서;
   상기 방열핀(20)에 형성되어 외부의 공기가 통과하는 냉각홀(30)을 포함하고,
   상기 바디(10)의 상면에 연결된 냉각관(40)을 포함하고,
   상기 냉각관(40)의 내부홀(47)은 상방으로 개방되고 상기 바디(10)의 하방으로 관통된 것이고,
   상기 방열핀(20)은 판상으로 형성된 것이고,
   상기 냉각홀(30)은,
   상기 방열핀(20)의 측부단부(21)에 형성된 측방홀(33)과,
   상기 방열핀(20)의 상부단부(23)에서 상기 측방홀(33)로 연결된 상부홀(35)을 포함하고,
   상기 측방홀(33)은 상기 상부홀(35)을 향하여 상향하도록 경사지게 형성된 것이고,
   상기 상부홀(35)은 상방을 향하여 폭(V)이 좁게 형성된 테이퍼 모양으로 형성된 것이고,
   상기 냉각관(40)의 내측면에 삽입된 내측관(도시하지 않음)과,
   상기 내측관의 내측면에 형성된 나선형의 돌기(도시하지 않음)를 포함하고,
   상기 내측관은 상기 냉각관(40)보다 열전도율이 높은 재질로 형성된 것이고,
   상기 방열핀(20) 및 냉각관(40)의 외측면에 부착된 다수의 섬모(도시하지 않음)를 포함하고,
   상기 섬모는 상기 방열핀(20) 및 냉각관(40)보다 열전도율이 높은 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 엘이디용 공랭식 방열블록.
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