KR102469176B1 - 에어 가이드를 채택한 강제공랭식 엘이디 조명의 냉각구조 - Google Patents

Abstract

에어 가이드를 채택한 강제공랭식 엘이디 조명의 냉각구조가 개시된다. 본 발명의 에어 가이드를 채택한 강제공랭식 엘이디 조명의 냉각구조는, 내부에 에어가 흐르는 에어 유로가 마련된 조명 바디; 조명 바디에 마련되어 엘이디 광을 조사하는 엘이디 패키지; 조명 바디에 마련되어 엘이디 패키지에서 발생되는 열을 방열시키는 히트 싱크부; 및 조명 바디에 마련되어 외기를 조명 바디의 내부로 흡입시켜 에어 유로를 흐르게 하는 팬 부재를 포함하고, 조명 바디는, 조명 바디의 내측 가장자리에서 조명 바디의 중앙부의 방향으로 경사지게 마련되는 제1 경사면부, 제1 경사면부의 단부에서 조명 바디의 중앙부의 방향으로 경사지게 마련되되 제1 경사면부와 반대 방향으로 경사지게 마련되는 제2 경사면부, 제2 경사면부의 단부에서 제2 경사면부와 반대 방향으로 경사지게 마련되는 제3 경사면부 및 제3 경사면부의 단부에서 조명 바디의 내측 가장자리로 경사지게 마련되는 제4 경사면부를 포함하고, 제1 경사면부 및 제2 경사면부는 제4 경사면부 및 제3 경사면부와 좌우 대칭되게 마련되는 것을 특징으로 한다.
본 실시 예는 본 실시 예는 조명 바디의 중앙부 유속 빠른 부분이 체적이 넓어짐으로써 유속이 느려지고 조명 바디의 외곽으로 갈수록 체적이 좁아져 유속이 빨라지고, 조명 바디의 외곽으로 갈수록 복수의 방열핀이 높아짐으로 방열 면적이 증가하여 방열이 잘된다. 그로 인해 등기구 전체 유속이 균일해지는 효과와 방열이 균일해지는 효과로 팬 부재의 성능을 최대로 쓰지 않고도 방열을 효과적으로 할 수 있다. 또한 본 실시 예는 냉각이 효율적으로 되게 설계함으로써 내구수명을 확보할 수 있고, 원가절감의 효과가 있다.

Description

에어 가이드를 채택한 강제공랭식 엘이디 조명의 냉각구조{COOLING STRUCTURE OF LED LIGHT HAVING A FORCED AIR-COOLING}

본 발명은, 조명기구에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 방열 효율을 향상시켜 원가를 절감함과 아울러 히트싱크의 크기를 극소화할 수 있고 내구 수명을 극대화할 수 있는 에어 가이드를 채택한 강제공랭식 엘이디 조명의 냉각구조에 관한 것이다.

일반적으로 LED(light-emitting diode)는 발광 다이오드를 말하며, 백열등, 형광 등의 기존 램프와 비교하여 전력 소모가 적고, 수명이 길어 조명 기구로의 활용도가 점차 증가하고 있다.

LED는 광이 직진성을 가지는 특성으로 LED광을 반사방식 또는 렌즈방식을 통해 광을 확산시켜 원하는 방향으로 광을 조사하는 방식으로 구성된다.

LED 조명장치는 기존 램프와 비교하여 전력 소모가 적고, 수명이 길어 고속도로, 시가지의 주요도로, 상업지구도로, 주택지구 도로 등의 도로에 설치되는 가로등에도 적용되고 있는 실정이다.

LED 조명장치를 적용한 가로등은 낮은 소비 전력 및 우수한 조도, 긴 수명시간으로 유지 보수에 소요되는 비용 및 인력을 절감할 수 있어 점차 활용도가 증가하고 있다.

도로에 설치되는 LED 조명장치의 경우 지정된 규격에 맞는 크기로 설계되어 제작되고 있는 실정이다.

통상적으로 LED 조명장치는 방열을 위한 히트 싱크의 일면에 다수의 LED 칩이 실장된 LED 조명용 기판이 안착되고, LED 조명용 기판의 일면에는 LED 칩을 덮는 다수의 렌즈가 구비된 렌즈 패널이 안착된다.

그리고 LED 조명용 기판과 렌즈 패널은 렌즈 패널과 LED 조명용 기판을 관통하여 히트 싱크에 체결되는 다수의 볼트에 의해 히트 싱크로 체결되는 구조를 가진다.

한편 강제 공랭식 LED조명의 냉각구조 발명의 배경은 고출력의 LED조명의 경우 LM80과 TM-21 열해석을 통하여 초기 광속의 L70까지 떨어지는 시간을 수명가속성 시험을 통하여 검증한 바 현재 시장에서 고출력의 LED조명은 10년 보증을 할 수 있는 내구 수명을 갖기 어렵다.

전술한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래 기술을 의미하는 것은 아니다.

한국등록특허공보 제10-2257937호(주식회사 코리아반도체조명) 2021. 05. 24.

단순한 강제공랭식의 방식으로는 그 냉각 효율과 팬의 내구수명을 LED조명과 같은 10년 보증을 하기 어렵다. 그 이유로 팬의 내구수명을 늘리기 위해서 팬의 rpm을 내림으로 수명을 늘리고, 그로 인한 냉각효율이 저하되는 것을 히트싱크 후면의 구조를 냉각이 효율적으로 될 수 있도록 설계함으로써 내구수명과 냉각효율 확보, 원가절감을 가져올 수 있다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 냉각효율은 증가 시키고 내구수명을 증가 시키기 위하여 팬의 rpm은 줄이면서도 효과적인 냉각을 시킬 수 있는 히트싱크 후면의 공기흐름 구조를 가지고 있는 에어 가이드를 채택한 강제공랭식 엘이디 조명의 냉각구조를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 내부에 에어가 흐르는 에어 유로가 마련된 조명 바디; 상기 조명 바디에 마련되어 엘이디 광을 조사하는 엘이디 패키지; 상기 조명 바디에 마련되어 상기 엘이디 패키지에서 발생되는 열을 방열시키는 히트 싱크부; 및 상기 조명 바디에 마련되어 외기를 상기 조명 바디의 내부로 흡입시켜 상기 에어 유로를 흐르게 하는 팬 부재를 포함하고, 상기 조명 바디는, 상기 조명 바디의 내측 가장자리에서 상기 조명 바디의 중앙부의 방향으로 경사지게 마련되는 제1 경사면부, 상기 제1 경사면부의 단부에서 상기 조명 바디의 중앙부의 방향으로 경사지게 마련되되 상기 제1 경사면부와 반대 방향으로 경사지게 마련되는 제2 경사면부, 상기 제2 경사면부의 단부에서 상기 제2 경사면부와 반대 방향으로 경사지게 마련되는 제3 경사면부 및 상기 제3 경사면부의 단부에서 상기 조명 바디의 내측 가장자리로 경사지게 마련되는 제4 경사면부를 포함하고, 상기 제1 경사면부 및 상기 제2 경사면부는 상기 제4 경사면부 및 상기 제3 경사면부와 좌우 대칭되게 마련되는 에어 가이드를 채택한 강제공랭식 엘이디 조명의 냉각구조가 제공될 수 있다.

상기 히트 싱크부는, 상기 엘이디 패키지에 근접되도록 상기 조명 바디에 마련되는 히트 싱크 바디; 및 상기 히트 싱크 바디에 마련되는 복수의 방열핀을 포함하고, 상기 조명 바디의 중앙부에 배치되는 상기 히트 싱크 바디의 상면부에는 돌출부가 마련되고, 상기 돌출부는 상기 제1 경사면부와 상기 제2 경사면부가 접하는 접점 영역으로 돌출되게 마련되고, 상기 돌출부와 상기 접점 영역의 사이의 상기 에어 유로는 상기 히트 싱크 바디의 최외측 가장자리와 상기 제1 경사면부의 사이의 상기 에어 유로보다 넓게 마련될 수 있다.

상기 복수의 방열핀은 상기 돌출부와 근접되는 영역이 가장 낮고 상기 히트 싱크 바디의 최외측 가장자리의 영역이 가장 높게 마련되는 핀 경사면부를 포함할 수 있다.

상기 팬 부재는 서로 근접되게 배치되는 상기 돌출부의 사이에 마련될 수 있다.

상기 팬 부재의 하부에 배치되도록 상기 조명 바디에 마련되어 이물질이 상기 조명 바디의 내부로 유입되는 것을 방지하는 메쉬망을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예는, 조명 바디의 중앙부 유속 빠른 부분이 체적이 넓어짐으로써 유속이 느려지고 조명 바디의 외곽으로 갈수록 체적이 좁아져 유속이 빨라지고, 조명 바디의 외곽으로 갈수록 복수의 방열핀이 높아짐으로 방열 면적이 증가하여 방열이 잘된다. 그로 인해 등기구 전체 유속이 균일해지는 효과와 방열이 균일해지는 효과로 팬 부재의 성능을 최대로 쓰지 않고도 방열을 효과적으로 할 수 있다.

또한 본 실시 예는 냉각이 효율적으로 되게 설계함으로써 내구수명을 확보할 수 있고, 원가절감의 효과가 있다.

또한 본 실시 예는 효율을 더욱더 증가 시킴으로써 히트싱크의 크기를 극소화 시킬수 있다.

나아가 본 실시예는 전면에 메쉬망을 설치하여 중력에 의해 이물질이 등기구 내부에 결합되는 것을 방지할 수 있고 이물질이 등기구의 내부로 인입하여도 자연스럽게 빠져나가는 구조를 형성함으로써 방열을 원활히 하도록 하여 유지보수 비용을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 가이드를 채택한 강제공랭식 엘이디 조명의 냉각구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 방열핀의 방향과 팬 부재의 회전 방향을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 실시 예의 작동도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 가이드를 채택한 강제공랭식 엘이디 조명의 냉각구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 방열핀의 방향과 팬 부재의 회전 방향을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 실시 예의 작동도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 에어 가이드를 채택한 강제공랭식 엘이디 조명의 냉각구조(1)는, 내부에 에어가 흐르는 에어 유로가 마련된 조명 바디(100)와, 조명 바디(100)에 마련되어 작동 중 발생되는 열을 방열시키는 히트 싱크부(200)와, 조명 바디(100)에 마련되어 엘이디 광을 조사하는 엘이디 패키지(300)와, 조명 바디(100)에 마련되어 외기를 조명 바디(100)의 내부로 흡입시켜 에어 유로를 흐르게 하는 팬 부재(400)와, 조명 바디(100)에 마련되는 전원 공급부(500)를 구비한다.

조명 바디(100)는, 주택이나 사무실, 공장 등 조명을 필요로 하는 곳에 설치될 수 있다.

본 실시 예에서 조명 바디(100)의 외관은, 도 1에 도시된 바와 같이, 최상부가 평평하고 평평한 최상부의 양단부에서 하부로 경사진 상부 형상을 가질 수 있다.

또한 본 실시 예에서 조명 바디(100)의 내부 형상은, 도 1에 도시된 바와 같이, 조명 바디(100)의 내측 가장자리에서 조명 바디(100)의 중앙부의 방향으로 경사지게 마련되는 제1 경사면부(110)와, 제1 경사면부(110)의 단부에서 조명 바디(100)의 중앙부의 방향으로 경사지게 마련되되 제1 경사면부(110)와 반대 방향으로 경사지게 마련되는 제2 경사면부(120)와, 제2 경사면부(120)의 단부에서 제2 경사면부(120)와 반대 방향으로 경사지게 마련되는 제3 경사면부(130)와, 제3 경사면부(130)의 단부에서 조명 바디(100)의 내측 가장자리로 경사지게 마련되는 제4 경사면부(140)를 포함한다.

나아가 본 실시 예에서 제1 경사면부(110) 및 상기 제2 경사면부(120)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제4 경사면부(140) 및 제3 경사면부(130)와 좌우 대칭되게 마련된다.

본 실시 예는 전술한 제1 경사면부(110) 내지 제4 경사면부(140)의 형상과 히트 싱크부(200)의 돌출부(211)에 의해 도 3에 도시된 "A" 영역이 "B" 영역보다 넓게 마련될 수 있다. 즉 "A"로 표시된 에어 유로의 높이가 B로 표시된 에어 유로의 높이보다 높게 마련될 수 있다. 그 결과 팬 부재(400)가 배치된 조명 바디(100)의 중앙부의 유속은 팬 부재(400)에 의해 강한 반면 "B"로 표시된 영역에서의 에어의 유속은 감소한다. 따라서 베르누이의 정리에 의하여 체적이 넓은 공간("A"로 표시된 영역)에서 좁은 공간("B"로 표시된 영역)으로 유체가 이동 시 에어의 이동 속도가 빨라지는 성질을 이용하여 균일한 방열이 이루어지는 구조를 마련할 수 있다.

그리고 본 실시 예는 팬 부재(400)가 마련된 위치의 조명 바디(100)의 내부로 유입되는 에어는 팬 부재(400)에 의한 강한 에어 인입으로 인하여 와류가 발생될 수 있다. 본 실시 예는 이를 고려하여 팬 부재(400)와 근접되게 배치된 히트 싱크 바디(210)에 돌출부(211)를 마련하고 팬 부재(400)의 측면부의 높이를 조정함으로써 도 3에 도시된 "B"의 영역으로 에어를 유도할 수 있다.

한편 본 실시 예에서 팬 부재(400)가 마련된 조명 바디(100)의 영역에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 메쉬망(150)이 마련되어 이물질이 조명 바디(100)의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

본 실시 예는 초기 점등 시 상기 조명 바디(100)에 마련된 제어부는 팬 부재(400)의 짧은 시간의 역회전으로 메쉬망(150)의 이물질 제거 후 팬 부재(400)를 정회전 시켜 메쉬망(150)에 붙어있는 이물질의 유입을 방지할 수 있다.

히트 싱크부(200)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 엘이디 패키지(300)와 근접되게 배치되도록 조명 바디(100)에 마련되어 엘이디 패키지(300)에서 발생되는 열을 에어 유로를 통해 조명 바디(100)의 외부로 배출할 수 있다.

본 실시 예에서 히트 싱크부(200)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 엘이디 패키지(300)에 근접되도록 조명 바디(100)에 마련되는 히트 싱크 바디(210)와, 히트 싱크 바디(210)에 마련되는 복수의 방열핀(220)을 포함한다.

본 실시 예에서 조명 바디(100)의 중앙부에 배치되는 히트 싱크 바디(210)의 상면부에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 돌출부(211)가 마련된다. 본 실시 예에서 돌출부(211)는 제1 경사면부(110)와 제2 경사면부(120)가 접하는 접점 영역과, 제3 경사면부(130)와 제4 경사면부(140)가 접하는 접점 영역으로 돌출되게 마련되게 마련될 수 있다. 그 결과 돌출부(211)와 전술한 접점 영역의 사이의 에어 유로는 히트 싱크 바디(210)의 최외측 가장자리와 제1 경사면부(110)의 사이의 에어 유로보다 넓게 마련될 수 있다.

또한 본 실시 예에서 복수의 방열핀(220)은 돌출부(211)와 근접되는 영역이 가장 낮고 히트 싱크 바디(210)의 최외측 가장자리의 영역이 가장 높게 마련되는 핀 경사면부(221)를 포함한다. 그 결과 히트 싱크부(200)에서 균일한 방열을 할 수 있다. 즉 조명 바디(100)의 가장 바깥쪽의 방열은 상대적으로 낮기 때문에 방열핀(220)의 표면적을 가장자리쪽을 넓힘으로써 전체적으로 균일한 방열이 이루어지도록 유도할 수 있다. 결과적으로 본 실시 예는 조명 바디(100)의 중앙부 유속 빠른 부분이 체적이 넓어짐으로써 유속이 느려지고 조명 바디(100)의 외곽으로 갈수록 체적이 좁아져 유속이 빨라지고, 조명 바디(100)의 외곽으로 갈수록 복수의 방열핀(220)이 높아짐으로 방열 면적이 증가하여 방열이 잘된다. 그로 인해 등기구 전체 유속이 균일해지는 효과와 방열이 균일해지는 효과로 팬 부재(400)의 성능을 최대로 쓰지 않고도 방열을 효과적으로 할 수 있다.

엘이디 패키지(300)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 히트 싱크부(200)의 하부에 배치되도록 조명 바디(100)에 마련되어 엘이디 광을 조사할 수 있다.

본 실시 예에서 엘이디 패키지(300)는 복수로 마련될 수 있다.

또한 본 실시 예에서 복수의 엘이디 패키지(300)는 등 간격으로 배치될 수 있고, 전원 공급부(500)에서 전기 에너지를 공급받을 수 있다.

팬 부재(400)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 조명 바디(100)의 중앙부에 배치되며 외기를 조명 바디(100)의 내부로 유입시켜 에어 유로를 통해 조명 바디(100)의 외부로 배출시킬 수 있다. 이 과정에서 과열된 방열핀(220)은 팬 부재(400)에 의해 공급되는 에어에 의해 냉각될 수 있다.

본 실시 예에서 팬 부재(400)의 회전 방향은, 도 2에 도시된 바와 같이, 방열핀(220)의 배열 방향과 동일하게 배치될 수 있다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시 예는 팬을 사용하여 히트싱크에 사용되는 알루미늄 원자재의 양이 기존 엘이디 램프보다 적어짐으로써 원가절감의 효과가 있다. 또한 본 실시 예는 효율을 더욱더 증가 시킴으로써 히트싱크의 크기를 극소화 시킬수 있다. 나아가 본 실시예는 전면에 메쉬망을 설치하여 중력에 의해 이물질이 등기구 내부에 결합되는 것을 방지할 수 있고 이물질이 등기구의 내부로 인입하여도 자연스럽게 빠져나가는 구조를 형성함으로써 방열을 원활히 하도록 하여 유지보수 비용을 줄일 수 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

1 : 에어 가이드를 채택한 강제공랭식 엘이디 조명의 냉각구조
100 : 조명 바디 110 : 제1 경사면부
120 : 제2 경사면부 130 : 제3 경사면부
140 : 제4 경사면부 150 : 메쉬망
200 : 히트 싱크부 210 : 히트 싱크 바디
211 : 돌출부 220 : 방열핀
221 : 핀 경사면부 300 : 엘이디 패키지
400 : 팬 부재 500 : 전원 공급부

Claims (2)

1. 내부에 에어가 흐르는 에어 유로가 마련된 조명 바디;
   상기 조명 바디에 마련되어 엘이디 광을 조사하는 엘이디 패키지;
   상기 조명 바디에 마련되어 상기 엘이디 패키지에서 발생되는 열을 방열시키는 히트 싱크부; 및
   상기 조명 바디에 마련되어 외기를 상기 조명 바디의 내부로 흡입시켜 상기 에어 유로를 흐르게 하는 팬 부재를 포함하고,
   상기 조명 바디는,
   상기 조명 바디의 내측 가장자리에서 상기 조명 바디의 중앙부의 방향으로 경사지게 마련되는 제1 경사면부, 상기 제1 경사면부의 단부에서 상기 조명 바디의 중앙부의 방향으로 경사지게 마련되되 상기 제1 경사면부와 반대 방향으로 경사지게 마련되는 제2 경사면부, 상기 제2 경사면부의 단부에서 상기 제2 경사면부와 반대 방향으로 경사지게 마련되는 제3 경사면부 및 상기 제3 경사면부의 단부에서 상기 조명 바디의 내측 가장자리로 경사지게 마련되는 제4 경사면부를 포함하고,
   상기 제1 경사면부 및 상기 제2 경사면부는 상기 제4 경사면부 및 상기 제3 경사면부와 좌우 대칭되게 마련되고,
   상기 히트 싱크부는,
   상기 엘이디 패키지에 근접되도록 상기 조명 바디에 마련되는 히트 싱크 바디; 및
   상기 히트 싱크 바디에 마련되는 복수의 방열핀을 포함하고,
   상기 조명 바디의 중앙부에 배치되는 상기 히트 싱크 바디의 상면부에는 돌출부가 마련되고,
   상기 돌출부는 상기 제1 경사면부와 상기 제2 경사면부가 접하는 접점 영역으로 돌출되게 마련되고,
   상기 돌출부와 상기 접점 영역의 사이의 상기 에어 유로는 상기 히트 싱크 바디의 최외측 가장자리와 상기 제1 경사면부의 사이의 상기 에어 유로보다 넓게 마련되고,
   상기 복수의 방열핀은 상기 돌출부와 근접되는 영역이 가장 낮고 상기 히트 싱크 바디의 최외측 가장자리의 영역이 가장 높게 마련되는 핀 경사면부를 포함하고,
   상기 팬 부재는 서로 근접되게 배치되는 상기 돌출부의 사이에 마련되는 에어 가이드를 채택한 강제공랭식 엘이디 조명의 냉각구조.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 팬 부재의 하부에 배치되도록 상기 조명 바디에 마련되어 이물질이 상기 조명 바디의 내부로 유입되는 것을 방지하는 메쉬망을 더 포함하고,
   상기 조명 바디에 마련된 제어부는 초기 점등 시 상기 팬 부재의 역회전으로 상기 메쉬망의 이물질 제거 후 상기 팬 부재를 정회전 시켜 상기 메쉬망에 붙어있는 이물질의 유입을 방지하는 에어 가이드를 채택한 강제공랭식 엘이디 조명의 냉각구조.

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