KR200459504Y1

KR200459504Y1 - 방폭등용 엘이디 광원 모듈

Info

Publication number: KR200459504Y1
Application number: KR2020110004405U
Authority: KR
Inventors: 임성남; 안종욱
Original assignee: 엘이디에스티 주식회사; 임성남
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2012-03-27
Also published as: KR20110006648U

Abstract

본 고안은 현재 방폭등에 사용되고 있는 발열등 광원을 LED 광원으로 교체하기 위한 방폭등용 LED 광원 모듈에 관한 것으로서, 방폭등 하우징을 새로이 제작하지 않고, 종래의 방폭등 하우징을 그대로 이용하면서 광원만을 손쉽게 교체할 수 있도록 하는 방폭등용 LED 광원 모듈에 관한 것이다. 이를 통해 교체비용을 매우 크게 절감하는 효과가 있다. 또한, 본 고안에 의한 LED 광원 모듈은 종래의 방폭등 하우징의 내부에 완전히 삽입되어 이용되는 것으로서, 종래의 LED 방폭등에 비해 그 안전성을 향상시키는 효과를 더욱 제공한다.

Description

방폭등용 엘이디 광원 모듈{LED Light Module For Explosion Proof Lamp}

본 고안은 종래의 방폭등 하우징을 동일하게 사용하면서, 그 광원으로서 백열등과 같은 발열등 광원을 LED 광원으로 교체할 수 있도록 하는 LED 광원 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 가연성 가스 및 증기 또는 분진에 의한 폭발 위험 분위기가 형성되는 곳이나 각종 인화성 물질을 취급하는 공장 등은 상시 위험성이 상존하는 지역이다. 이러한 위험 지역은 NEC(National Electric Code) 또는 IEC(International Electro-technical Committe)에서 위험 상태에 따라 위험 장소를 대략 0종, 1종, 2종 장소로 구분하여 분류한다. 이러한 위험 지역 중 0종과 1종 장소는 항상 화재, 폭발 및 열 발생으로 인한 위험성이 높아, 사용되는 전기기구는 대개 방폭 구조를 가지도록 규정되어 있다.

폭발성 가스는 조명기구를 점멸할 때 일어나는 팽창과 수축에 의해 생긴 작은 틈새로 침투할 수 있어 기구를 밀폐하더라도 방폭의 효과를 얻기가 쉽지 않다. 일반적인 방폭등은 기구 내부에 폭발성 가스가 침투해서 폭발을 일으키더라도 인화되지 않도록 주위에 공기가 불활성 가스를 유입시킨 것이다. 이러한 방폭등은 일반적으로 백열등, 형광등, 삼파장등 등을 광원으로 사용하기 때문에 크기가 크고 전력소비가 많은 문제점이 있다. 특히, 형광등과 같은 방전등을 광원으로 사용할 경우 방폭등은 과전류를 제어하기 위해 안정기를 사용하고 있는바, 부피가 커지고 전력소모가 많으며, 종종 불안정한 상태에 노출되기도 한다. 또한, 이러한 방폭등은 광원과 안정기의 방열이 제대로 이루어지지 않을 경우, 과열로 인해 수명이 단축되고 매우 위험한 상황을 야기할 수 있는 문제점이 있다.

이러한 방폭 전기기기 중 하나로서 산업조명기기인 방폭등의 종래기술은 도 8에 도시된 바와 같이, 고압 수은등, 고압 나트륨등, 메탈할라이드 램프 등과 같이 유리구(球)를 구비하는 램프(11)를 구비하고, 과열 등에 의한 스파크 발생시 램프의 폭발이 2차 폭발로 이어지는 것을 방지하는 내압 케이싱(130)이 구비된다.

이러한 내압 케이싱(130)은 용기 내부에서 램프의 전기 스파크 등으로 폭발성 가스 또는 증기가 폭발했을 때 용기가 그 압력에 견디는 내압력을 가지며, 접합면, 개구부 등을 통해 외부의 폭발성 가스에 인화될 우려가 없는 기밀이 요구된다.

따라서 방폭등의 케이싱은 금속재로 되는 케이싱 본체(131)에 유리 글로브(132)가 긴밀하게 결착되는 구조로 되고, 유리 글로브(132) 외부에는 보호망(133)이 형성되는 견고한 구조로 제공되는 것이 일반적이다.

또한, 램프(110)가 유리구를 구비하는 형태로 이루어짐으로써 유리 글로브(132)가 유리구를 수용할 수 있는 충분한 내부공간을 확보해야 되고, 유리구 폭발시 파괴력에 대한 내압력을 가져야 되므로 글로브를 포함하는 케이싱 전체의 두께가 두껍고 크기가 큰 육중한 형태의 방폭구조로 구성된다.

이와 같은 종래기술은 램프가 열발광 특성에 의하여 빛을 발하므로 열로 인한 스파크 발생이 빈번하고, 또한 발열에 의한 위험성의 문제가 발생되어 램프 교체가 빈번하고, 램프 교체시에는 상기 육중한 구조의 케이싱을 개폐해야 되므로 램프 교체 작업 및 취급이 매우 어려운 문제점이 있었다.

최근에는 LED 램프를 이용하는 방폭등이 개발되고 있기는 하나, LED 램프를 방폭등 하우징 내부로 완전히 밀폐하여 삽입하는 구조로서 안전성에 여러 문제점이 지적되고 있으며, 특히 종래의 LED 램프의 경우에는 그 구조상 종래의 방폭등 하우징을 그대로 이용할 수 없고, 새로운 하우징을 제작해야 하여 방폭등 전체를 모두 교체해야 하는 경제상의 문제점이 있었다.

본 고안에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, LED램프를 광원으로 사용함으로써 크기와 소비 전력을 감소시키는 것을 주목적으로 한다. 또한, LED 램프를 방폭등 내부에 밀폐시켜 제공함으로서 종래의 LED 방폭등이 갖는 안전성의 문제를 해결하고자 한다.

또한, 종래의 방폭등의 하우징을 동일하게 사용하면서 광원만을 LED램프로 교체하도록 내부 구조설계를 단순화시키는 것을 주목적으로 한다. 즉, 종래에 존재하는 방폭등을 그대로 이용할 수 있는 장점이 있다.

또한, LED모듈 또는 소자에서 발생되는 열을 빠른 시간에 방열이 될 수 있도록 방열 구조장치를 제공하여, 제품의 수명을 연장시키고 안전성을 극대화시키는 것을 주목적으로 한다.

또한, LED모듈 또는 소자의 전방에 반사판을 설치함으로써, LED모듈 또는 소자에서 나오는 빛을 소정의 각도로 비추기 위함과 동시에 빛의 확산에 의한 휘도향상을 극대화시키는 것을 주목적으로 한다.

본 고안은 상기의 과제를 해결하기 위해 다음과 같은 과제 해결 수단을 제공한다.

본 고안에 따른 방폭등 하우징의 내부에 밀폐된 환경에서 삽입되어 사용되고, 방폭등 몸체부와 결합되는 방폭등용 LED 광원 모듈은,

인쇄 회로 기판에 LED 소자가 제공되는 LED 모듈부와,

일단에 상기 LED 모듈부와 당접(當接)하는 접촉부가 제공되고, 내부의 열을 대류방식으로 전달하기 위한 중공부의 형상인 히트 펌프(heat pump)와,

외측에 방열핀이 형성되고, 내측에는 상기 히트 펌프가 삽입되어 서로 당접(當接)하도록 제공되는 몸체부와,

상기 히트 펌프와 당접(當接)하도록 제공되고, 상기 히트 펌프의 열을 상기 방폭등 몸체부로 열전도방식으로 전달하는 전도판과,

상기 전도판에 연결되어 있고, 상기 방폭등 몸체부와 체결되는 결합부를 포함하고,

상기 히트 펌프의 내부의 중공부는 상기 전도판과 상기 접촉부에 의해 밀폐되어 있으며,

상기 몸체부에 고정되는 지지부재에 고정되어 상기 LED 모듈부의 전방에 제공되어 상기 LED 모듈부에서 발생하는 빛을 전방으로 확산시키는 반사판을 포함한다.

본 고안은 종래의 방폭등의 하우징을 그대로 사용하면서, 광원만을 종래의 발열램프에서 LED램프로 대체하는 구조체를 제공하여 방폭등의 소비 전력을 감소시키고, LED램프의 교체과정에서 하우징의 제작을 새로이 하지 않게 하여 경제성을 향상시키는 효과가 있다. 또한, LED 램프를 방폭등 하우징의 내부에 완전히 밀폐시켜 제공함으로써 안전성을 더 향상시키는 효과가 있다.

또한, LED모듈 또는 소자에서 발생되는 열을 빠른 시간에 방열이 될 수 있도록 방열 구조장치를 제공하여, 제품의 수명을 연장시키고 안전성을 극대화시키는 효과가 있다.

또한, LED모듈 또는 소자의 전방에 반사판을 설치함으로써, LED모듈 또는 소자에서 나오는 빛을 소정의 각도로 비추기 위함과 동시에 빛의 확산에 의한 휘도향상을 극대화시키는 효과가 있다.

도 1은 본 고안에 의한 방폭등용 LED 광원 모듈과 방폭등 몸체부가 결합된 평면도.
도 2는 본 고안에 의한 방폭등용 LED 광원 모듈의 평면도.
도 3은 본 고안에 의한 방폭등용 LED 광원 모듈의 분해 평면도.
도 4는 본 고안에 의한 방폭등용 LED 광원 모듈의 사시도.
도 5는 본 고안에 의한 방폭등용 LED 광원 모듈에 사용되는 LED 모듈부.
도 6은 본 고안에 의한 방폭등용 LED 광원 모듈에 사용되는 열전반도체의 단면도.
도 7은 본 고안에 의한 방폭등용 LED 광원 모듈의 다른 실시예의 평면도.
도 8은 종래의 방폭등의 평면도.

이하 도면을 참조하여 본 고안에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 고안에 의한 방폭등용 LED 광원 모듈과 방폭등 몸체부가 결합된 평면도를 보여준다. 본 고안에 의한 방폭등용 LED 광원 모듈은 종래에 널리 이용되던 방폭등 하우징을 그대로 사용하는 것을 주 목적으로 한다. 따라서 종래의 방폭등 내부에 있던 발열등을 제거하고, 그 대신 본 고안에 의한 LED 광원 모듈을 사용하기 때문에, 새로운 방폭등 하우징을 제작하지 않아도 되어 경제적인 효과가 있다.

일반적으로 종래의 LED 방폭등은 방폭등 몸체부(21)와, 방폭등 몸체부(21)의 상측에 제공되는 전원장치부(23)와, 방폭등 몸체부(21)의 하측에 제공되는 LED 광원 모듈 안착부(24)와, LED 방폭등의 내부에 제공되는 LED 광원 모듈을 외부와 완전히 밀폐시키는 캡(22)으로 구성된다.

도 1에서 보이는 바와 같이, 본 고안에 의한 방폭등용 LED 광원 모듈(10)은 방폭등 하우징(20)의 내부에 완전히 삽입되어 사용된다. 이러한 점에서 본 고안은 종래의 LED 방폭등과는 기술적으로 차이가 있다. 종래의 LED 방폭등은 그 구조상 종래의 방폭등 하우징을 이용하지 못하고 새로운 하우징을 별도로 추가 제작해야 하는 문제점이 있었다.

이렇게 LED 광원 모듈(10)을 방폭등 하우징(20) 내부에 완전히 장착시켜 외부와 밀폐시킴으로써, 종래의 LED 방폭등에 비해 그 안전성이 뛰어한 효과가 더욱 존재함을 이해하여야 한다.

본 고안의 LED 광원 모듈(10)의 상부에 위치한 결합부(16)가 방폭등 몸체부(21)에 결합되며, 결합의 편의성을 위해 스크루 방식으로 결합되는 것이 바람직하다.

LED 모듈부(30)는 방폭등 전용 LED 패키지 모듈로서, 탈부착 및 정비가 용이한 단일광원으로 된 LED 소자를 사용한다. 도 5는 LED 모듈부(30)의 일실시예이다. PCB 기판 등의 인쇄 회로 기판에 LED 소자가 다수개 형성되어 있다. 이러한 LED 모듈부(30)는 원형 또는 사각형의 형상이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

LED 소자는 인가된 전류를 빛으로 변환하는 반도체의 일종으로, 소형이며, 소비전력이 낮고, 신뢰성이 높기 때문에 가정용 전자제품에서부터 조명장치, 광저장장치, 광계측장비, 디스플레이장치에 이르기까지 널리 사용되고 있다. 이러한 LED 소자에서 출력되는 빛의 파장은 반도체를 구성하는 재료에 의해 결정되는데, 실용화되어 있는 적외선, 적색, 황색, 녹색 LED 소자의 경우 주로 3-5족 화합물 반도체가 이용되고, 녹색, 청색, 자외선 LED 소자의 경우 주로 GaN 계 화합물 반도체가 이용된다. 이러한 LED 소자의 구조 및 동작원리에 대해서는 당업자에게 자명하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 고안에서 사용되는 LED 모듈부(30)의 특징은 전력을 공급하는 전선(32)이 LED 모듈부(30)의 측면에 제공되는 점이다. 종래에는 LED 방폭등에 사용되는 LED 모듈부에는 전선이 뒷면으로부터 제공되었다. 이 경우, LED 방폭등의 전원장치부로부터 전선이 LED 모듈부와 연결되어야 하기 때문에, LED 모듈부와 전원장치부 사이의 공간이 개방되어야 하고, 개방되는 경우에는 LED 모듈부로부터 발생한 열이 열전도방식으로 외부로 빠져나가는 효율이 저하되는 문제점이 있다. 따라서 본 고안에서는 LED 모듈부와 전원장치부 사이에 불필요한 개방부를 제거하기 위해 전선을 측면에 제공하고 있다.

도 2는 본 고안에 의한 방폭등용 LED 광원 모듈의 평면도이고, 도 3은 본 고안에 의한 방폭등용 LED 광원 모듈의 분해 평면도이다.

LED 모듈부(30)의 전방에는 발생하는 빛을 전방으로 확산시키는 반사판(13)이 제공된다. 반사판(13)을 LED 모듈부(30)의 전방에 배치하는 이유는 발생하는 빛을 소정의 각도로 비추기 위함과 동시에 빛의 확산에 의한 휘도 향상을 위함이다. 특히, 본 고안에 의한 LED 광원 모듈(10)은 종래의 방폭등 하우징을 그대로 사용하기 위함과, 발열의 효율성을 향상시키기 위함이다. 특히 본 고안은 LED 모듈부(30)에서 발생하는 열을 히트 펌프(12)를 통해 방폭등 몸체부(21)로 열전도 방식으로 배출하는 것을 중요한 기술적 특징으로 하는데, 반사판(13)이 LED 모듈부(30)의 후방에 배치되는 경우에는 이러한 기술적 효과를 달성하기 어렵기 때문이다.

상기 몸체부에 고정되는 지지부재(14)에 고정되어 상기 LED 모듈부의 전방에 제공되고, 일단부가 상기 LED 모듈부의 전방에 접촉하도록 제공되어 상기 LED 모듈부에서 발생하는 빛을 전방으로 확산시키는 반사판인 것이 바람직하다.

반사판(13)은 LED 모듈부(30)의 전방을 향해 곡률을 가진 형상으로 제공된다. 본 명세서에서 전방이란, 방폭등이 빛을 향하게 하는 방향으로 일반적으로는 LED 모듈부(30)를 기준으로 전원장치부(23)가 있는 방향의 반대방향을 의미한다.

반사판(13)의 중심부는 LED 모듈부(30)에서 발생한 빛이 전방으로 나가게 하기 위해 개방되어 있는 것이 바람직하다.

LED 모듈부(30)에서 발생한 열은 히트 펌프(12)를 통해 전도된다. 히트 펌프(12)는 LED 모듈부(30)에서 발생되는 열을 빠른 시간에 방열 구조체로 전달할 수 있도록 열전도율이 좋은 Cu 등의 금속 소재를 사용한다. 따라서 히트 펌프(12)의 일단은 LED 모듈부(30)와의 열전도성을 향상시키기 위해 LED 모듈부(30)와 당접(當接)하는 접촉부(12a)가 제공된다.

본 명세서에서 사용하는 당접(當接)의 의미는 두 구조체가 서로 밀착하여 맞닿아있는 것을 의미한다.

히트 펌프(12)는 원기둥의 형상 또는 중공부를 가진 파이프 형상이 바람직하다. 다만, 속이 찬 원기둥의 형상으로 제공되는 것이 더욱 바람직하다. 이는 대류보다는 전도에 의한 열전달이 훨씬 효율적인데, 중공부를 가지는 경우에는 열전도가 이루어지는 면적이 줄어들기 때문이다.

그리고 만일 중공부를 가진 파이프 형상의 경우에는 그 두께가 중공부의 반지름보다 훨씬 큰 것이 바람직하다. 이는 중공부의 기능은 대류현상에 의한 방열 효과를 향상시키기 위함인데, 중공부를 크게 할수록 빈공간과 접하는 면적이 넓어져서 대류현상에 의해 방열의 효과가 커지기 때문이다.

히트 펌프(12)는 외부로 노출되어 있지 않고, 몸체부(11) 내측에 삽입되어 제공되는 것이 바람직하다. 몸체부는 외측에 방열핀이 형성되고, 내측에 히트 펌프(12)가 삽입되어 서로 당접(當接)하도록 제공된다. 히트 펌프(12)의 열의 일부는 몸체부(11)와 열전도방식으로 몸체부(11)로 이동하고, 몸체부(11)에 형성된 방열핀에 의해 외부로 배출된다. 몸체부(11)는 방열의 효과를 극대화하기 위해 Al 등의 열전도가 좋은 금속소재로 제공되는 것이 바람직하다.

또한, 히트 펌프(12)의 끝단에는 전도판(15)이 제공된다. 전도판(15)은 방폭등 몸체부(21)와 당접(當接)하도록 제공되어야 한다. 히트 펌프(12)의 열이 전도판(15)을 통하여 방폭등 몸체부(21)로 열전도방식으로 빠져나가기 때문이다.

일반적으로 방열의 효과는 대류 방식보다는 전도 방식이 효율적이다. 본 고안에서는 방열의 효과가 큰 전도 방식의 효율을 극대화할 수 있는 구조체를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

따라서 히트 펌프(12)가 중공부를 가진 파이프의 형상이라고 하더라도, 전도판(15)은 개방부를 가지지 않은 판형으로 제공되는 것이 바람직하다. 즉, 히트 펌프(12)의 내부의 중공부는 상기 전도판(15)과 상기 접촉부(12a)에 의해 밀폐되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 점에서 본 고안의 LED 광원 모듈(10)은 전원장치부와 연결된 전선을 통과하기 위해 중공부를 계속 형성하는 방식과는 차이가 있고, 이에 비해 그 방열효과가 더욱 크다는 이점이 있다.

전도판(15)의 상측에는 방폭등 몸체부(21)와 체결되는 결합부(16)가 제공된다. 결합부(16)는 앞에서 설명한 것처럼 LED 광원 모듈(10)과 종래 발열등이 내재되어 사용되던 방폭등과의 결합을 간편하게 할 수 있도록 스크류 방식으로 되어 있다.

본 고안에 의한 LED 광원 모듈(10)의 다른 실시예로서, LED 모듈부(30)와 접촉부(12a) 사이에 열전반도체(40)가 더 제공될 수 있다. 열전반도체(40)란, 열전모듈, 펠티어소자, ThermoElectric Cooler(TEC), ThermoElectric Module(TEM) 등으로 다양한 이름을 갖고 있는 열전소자이며, 이는 작은 Heat Pump (고온의 열원으로부터 열을 흡수하여 저온의 열원에 열을 주는 장치)이다. 열전소자 양단에 직류전압을 인가하면 열이 흡열부에서 발열부로 이동하게 되는 원리이다.

도 6은 이러한 열전반도체(40)의 평면도이고, 도 7은 이러한 열전반도체(40)가 사용된 LED 광원 모듈의 평면도를 보여준다. 이를 사용하는 경우에는 LED 모듈부(30)에서 발생한 열을 더욱 빨리 히트 펌프(12)로 공급하여 방열 효과를 더욱 크게 할 수 있는 장점이 있다.

본 고안은 현재 방폭등에 사용되고 있는 발열등 광원을 LED 광원으로 교체하는 것으로서, 방폭등 하우징을 새로이 제작하지 않고, 종래의 방폭등 하우징을 그대로 이용하면서 광원만을 손쉽게 교체할 수 있도록 하는 효과가 있다. 이를 통해 교체비용을 매우 크게 절감하는 효과가 있다. 따라서 본 고안에 의한 LED 광원 모듈(30)은 종래의 방폭등 하우징의 내부에 완전히 삽입되어 이용되는 것으로서, 종래의 LED 방폭등에 비해 그 안전성을 향상시키는 효과와 더불어 경제적인 효과가 있다는 차이점을 이해하여야 한다.

이상 첨부 도면을 참조하여 본 고안의 양호한 실시예에 대하여 설명하였지만 본 고안의 권리범위는 그러한 실시예 및/또는 도면에 제한되는 것으로 해석되어서는 아니되고 후술하는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여 결정된다. 그리고 특허청구범위에 기재되어 있는 고안의 당업자에게 자명한 개량, 변경, 수정 등도 본 고안의 권리범위에 포함된다는 점이 명백하게 이해되어야 한다.

12 : 히트 펌프, 15 : 전도판, 16 : 결합부, 21 : 몸체부, 30 : LED 모듈부, 40 : 열전반도체

Claims

방폭등 하우징의 내부에 밀폐된 환경에서 삽입되어 사용되고, 방폭등 몸체부와 결합되는 방폭등용 LED 광원 모듈에 있어서,
인쇄 회로 기판에 LED 소자가 제공되는 LED 모듈부와,
일단에 상기 LED 모듈부와 당접(當接)하는 접촉부가 제공되고, 내부의 열을 대류방식으로 전달하기 위한 중공부의 형상인 히트 펌프(heat pump)와,
외측에 방열핀이 형성되고, 내측에는 상기 히트 펌프가 삽입되어 서로 당접(當接)하도록 제공되는 몸체부와,
상기 히트 펌프와 당접(當接)하도록 제공되고, 상기 히트 펌프의 열을 상기 방폭등 몸체부로 열전도방식으로 전달하는 전도판과,
상기 전도판에 연결되어 있고, 상기 방폭등 몸체부와 체결되는 결합부를 포함하고,
상기 히트 펌프의 내부의 중공부는 상기 전도판과 상기 접촉부에 의해 밀폐되어 있으며,
중앙에 상기 LED 소자가 노출될 수 있도록 개구부가 형성되고, 상기 개구부의 둘레를 형성하는 부분이 상기 LED 모듈부의 전방면에 접촉하도록 제공되어 상기 LED 모듈부에서 발생하는 빛을 전방으로 확산시키는 반사판과,
양측이 각각 상기 반사판의 후방과 상기 몸체부에 당접하도록 제공되고, 상기 반사판을 상기 몸체부에 고정시키는 지지부재를 포함하는,
방폭등용 LED 광원 모듈.