KR20080071812A - 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 ｌｅｄ조명 조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체에 관한 것으로서, 밀봉된 상태의 내부에 작동유체를 구비하고, 흡열면, 밀봉면 및 측면을 가지는 원기둥 형태이며, 상기 흡열면과 밀봉면을 관통하는 내측 관부재에 의해 관통공이 형성된 히트파이프, 적어도 하나의 LED를 구비하며, 상기 LED의 작동시 발생하는 열을 상기 히트 파이프에 전달하도록 상기 히트파이프의 흡열면에 결합되되, 상기 LED에 연결된 전선이 상기 관통공을 통하여 히트파이프를 통과되도록 결합된 LED결합체. 상기 히트파이프의 측면에 결합되어 상기 히트파이프에 전달된 열을 외부로 발산하는 방열부 및 상기 히트파이프의 관통공을 통과한 전선에 결합되고, 외부의 전기공급원과 결합될 수 있는 전기연결부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 ＬＥＤ조명 조립체{LED assemblely having cooler using a heatpipe}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체의 사시도,
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 개략적 단면도,
도 3은 도 1의 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체의 개략적 평면도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체의 사시도,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체의 사시도,
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ선에 따른 개략적 단면도,
도 7은 도 5의 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체에 구비된 방열부와는 다른 형태의 방열부를 보여주는 도면,
도 8은 본 발명에 따른 실시예의 히트파이프의 사시도,
도 9는 도 8의 Ⅸ-Ⅸ선에 따른 개략적 단면도,
도 10 내지 도 16은, 도 8에 도시된 히트파이프의 제조방법을 설명하기 위한 도면들,
도 17은 본 발명에 따른 히트파이프의 몸체의 사시도,
도 18은 도 17의 몸체의 종방향 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 ... 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체
10 ... 히트파이프 12 ... 흡열면
14 ... 밀봉면 16 ... 측면
20 ... LED결합체 21 ... LED
22 ... PCB 26 ... 전선
30 ... 방열부 32 ... 원통부
34 ... 냉각핀 40 ... 전기연결부
본 발명은 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 히트파이프를 이용하여 LED에서 발생하는 열을 효과적으로 냉각시키는 것이 가능한 LED조명 조립체에 관한 것이다.
또한 본 발명은 상기 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체에 채용된 히트파이프 및 그 히트파이프의 제조방법에 대해서 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode, 발광다이오드)는 반도체의 일종으로서 전압을 가 하면 전기에너지가 빛에너지로 변화하여 발광(發光)하는 현상을 이용하는 것이다.이러한 LED를 이용한 조명기구는, 현재 조명기구로서 주로 사용되는 백열등 등에 비해 전력소비가 작을 뿐 아니라 다양한 색상의 빛을 구현할 수 있다는 장점이 있다.
하지만, 현재 사용되고 있는 LED조명 기구는, 작동시 LED에서 발생하는 열을 효과적으로 냉각시키지 못하고 있다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 새로운 구조의 히트파이프를 이용한 냉각장치를 LED조명 조립체에 구비함으로써, LED에서 발생하는 열을 효과적으로 냉각하는 것이 가능한 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명에 따른 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체는, 밀봉된 상태의 내부에 작동유체를 구비하고, 흡열면, 밀봉면 및 측면을 가지는 원기둥 형태이며, 상기 흡열면과 밀봉면을 관통하는 내측 관부재에 의해 관통공이 형성된 히트파이프와, 적어도 하나의 LED를 구비하며, 상기 LED의 작동시 발생하는 열을 상기 히트 파이프에 전달하도록 상기 히트파이프의 흡열면에 결합되되, 상기 LED에 연결된 전선이 상기 관통공을 통하여 히트파이프를 통과되도록 결합된 LED결합체와, 상기 히트파이프의 측면에 결합되어 상기 히트파이프에 전달된 열을 외부로 발산하는 방열부 및 상기 히트파이프의 관 통공을 통과한 전선에 결합되고, 외부의 전기공급원과 결합될 수 있는 전기연결부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 방열부는, 상기 원기둥형의 히트파이프가 끼워져 결합된 원통부와, 상기 원통부에 상하길이방향으로 형성되어 상기 원통부의 둘레방향을 따라 이격배치된 복수의 냉각핀을 포함하여 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 상기 원통부와 상기 복수의 냉각핀들은 일체로 형성된 것이 바람직하다.
한편, 상기 방열부는, 상기 히트파이프의 측면에 상하방향으로 이격되어 끼워진 다수의 냉각핀인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 LED결합체는 금속제의 PCB를 포함하며, 상기 PCB의 일측면에는 LED가 실장되고, 그 타측면은 상기 히트파이프의 흡열면에 결합되어, 상기 LED에서 발생하는 열이 상기 PCB를 통해 상기 히트파이프로 전달되도록 하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체의 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 개략적 단면도이며, 도 3은 도 1의 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체의 개략적 평면도이다.
본 발명에 따른 실시예의 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체(1)는, 히트파이프(10), LED결합체(20), 방열부(30) 및 전기연결부(40)를 포함하여 이루어져 있다.
상기 히트파이프(10)는, LED결합체(20)의 LED(21)에서 발생하는 열을 방열부(30)로 빠르게 전달하는 역할을 한다. 히트파이프(10)는 도 2에 단면으로 표시되어 있으나, 히트파이프(10) 만을 따로 도시한 도 8과 도 9를 참조하며 설명한다. 다만, 도1 및 도2에 도시된 히트파이프(10)와 도 8 및 도 9에 도시된 히트파이프(10)는 그 상하방향이 서로 반대로 되어 있다.
히트파이프(10)는, 그 내부공간이 진공상태로 밀봉되어 있으며, 그 내부에는 작동유체가 들어 있다. 히트파이프(10)의 형태는 전체적으로 원기둥형태이며, 흡열면(12), 밀봉면(14) 및 측면(16)을 가진다.
상기 흡열면(12)은, 도 9를 참조하면, 흡열캡(50)의 하면을 말하고, 밀봉면(14)은 밀봉캡(52)의 상면을 말한다.
상기 흡열면(12)과 밀봉면(14)에는 이들을 관통하는 관통공(11)이 형성되어 있다. 즉, 히트파이프(10)의 중앙부분에는 상면부터 하면에 이르기까지 상하 방향으로 완전히 뚫려 있는 관통공(11)이 형성되어 있다. 이러한 형상의 히트파이프(10)를 중공의 히트파이프라고 칭할 수도 있다.
상기 관통공(11)은, 내측관부재(18)에 의해 형성된다. 도 9를 참조하면, 흡열캡(50)의 상면과, 외측관부재(19)의 내측면(190)에는 각각 소결윅(58, 60)이 구비되어 있다. 한편, 본 실시예의 경우에는, 내측관부재(18)의 내측면(180)에도 금속분말이 소결되어 형성된 소결윅(62)이 구비되어 있다. 다만, 내측관부재(18)에 구비된 소결윅(62)은 경우에 따라 구비되지 않을 수도 있다. 이때, 내측관부재(18)의 내측면(180)이라 함은 내측관부재(18)의 양측면 중에 히트파이프의 내부공간(100)을 향하는 측면을 의미한다.
히트파이프(10)는, 내측관부재(18), 외측관부재(19), 흡열캡(50) 및 밀봉캡(52)에 의해 둘러싸인 내부공간(100)을 구비한다. 내부공간(100)은 진공상태이고, 작동유체가 들어있게 된다.
상기 LED결합체(20)는, 도 1과 도 2를 참조하면, LED(21)와, PCB(printed circuit board, 22), 전선(26)를 포함한다.
상기 LED(21)는 본 실시예의 경우, 전구형태가 아닌 소자 형태로서 PCB(22)에 실장되는 타입이며 다수개 구비된다. LED(21)는 동작시 열이 발생하며 이 열은 히트파이프(10)의 흡열면(12)에 전달된다.
상기 PCB(22)는 본 실시예의 경우, 열전도성이 좋은 금속, 예컨대 알루미늄으로 만들어져 있다. 도 2를 참조하면 금속제의 PCB(22)의 일측면(상면)에는 구체적으로 도시하지는 않았으나 회로 구성을 위해 절연막 등으로 코팅이 되어 있으며, 또한 일측면에는 다수의 LED(21)들이 실장되어 있다.
그리고, PCB(22)의 타측면(하면)은, 히트파이프(10)의 흡열면(12)에 결합되어 있다. 따라서, LED(22)들에서 발생하는 열이 금속제의 PCB(22)를 통해 히트파이프(10)의 흡열면(12)으로 빠르고 효과적으로 전달된다.
한편, 본 실시예의 경우에는, PCB(22)와 히트파이프의 흡열면(12) 사이에 써멀패드(thermal pad, 24)를 추가적으로 구비하고 있다. 이러한 써멀패드(24)로 인 해 PCB(22)와 흡열면(12)의 접촉면의 거칠기 상태에 상관없이 양면사이의 열전달이 보다 잘 이루어질 수 있게 된다.
상기 전선(26)은, LED(21)에 전기를 공위한 것이다. 전선(26)의 일단부는 PCB(22)의 중앙부에 결합되어 있는데, 중앙부분의는 회로에 의해 PCB(22)상에 실장된 LED(21)에 전기적으로 연결되어 있다. 전선(26)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 히트파이프(10)에 관통공(11)이 구비되어 있기 때문에, 이 관통공(11)을 통해 히트파이프(10)의 외측이 아닌 내부공간을 통과하여 밀봉면(14)까지 연장되도록 구비되어 있다. 전선(26)의 일단부는 관통공(11)의 바로 위의 위치에서 PCB(22)에 결합되는 것이 바람직하다. 전선(26)의 타단부는, 도 2에 구체적으로 도시하지는 않았지만, 후술할 전기연결구(40)에 전기적으로 연결된다. 한편, 본 실시예의 경우, LED가 소자타입인 것으로 예를 들었으나, 소자 타입이 아닌 다른 어떠한 타입의 LED가 사용될 수 있다.
상기 방열부(30)는, 히트파이프(10)의 측면(16)에 결합되어 LED(21)로부터 히트파이프에 전달된 열을 다시 전달받아 외부의 대기로 발산하여 냉각시킨다.
본 실시예의 경우, 방열부(30)는, 원통부(32)와 냉각핀(34)를 포함하여 이루어져 있다.
상기 원통부(32)는, 도 1 내지 도 3를 참조하면, 원기둥형의 히트파이프(10)의 측면(16)에 끼워져 결합되는 부분이다. 즉, 원통부(32)는, 그 내경이 히트파이프(10)의 외경과 거의 동일하도록 구성된 파이프형태로 되어 있어서, 히트파이프(10)에 억지끼워맞춤되어 결합된다. 원통부(32)와 측면(16)은 별도의 추가적인 용접이나 솔더링에 의해 상호 결합될 수도 있다.
상기 냉각핀(34)은, 원통부(32)에 상하길이방향으로 형성되어 있으며, 복수 개가 원통부(32)의 둘레방향을 따라 서로 일정한 간격을 이루도록 배치되어 있다.
본 실시예의 경우, 원통부(32)와 냉각핀(34)들은 일체로 형성되어 있다(도 3참조). 알루미늄과 같이 열전도성이 좋은 금속으로 압출하거나, 혹은 다이케스팅의 방법에 의해 원통부(32)와 냉각핀(34)들을 일체로 형성할 수 있다.
상기 전기연결부(40)는, 히트파이프(10)의 관통공(11)을 통과한 전선(26)의 타단부에 결합되어 있다. 전기연결부(40)는, 외부의 전기공급원(미도시)과 결합될 수 있으며, 전기공급원에 결합되어 LED(21)에 발광에 필요한 전기를 공급한다. 본 실시예의 경우, 전기연결부(40)는 일반 백열등과 같이 나사베이스(screw base) 타입으로 되어 있어서, 일반 백열등이 체결되는 소켓에 결합되어 전기에 연결될 수 있도록 되어 있다.
또한, 본 실시예의 경우에는, 전기공급원이 교류 220볼트이라면, LED(21)들이 12볼트 정도의 직류전기로 발광하는 것이 보통이므로, 전기연결부(40)의 내부에는 교류를 필요한 전압의 직류로 변화시키는 변압기(미도시)을 내장하고 있는 것이 바람직하다.
한편, 본 실시예의 경우, 전기연결부(40)가 나사베이스 타입으로 되어 있는 것으로 예를 들었으나, 다른 실시예에서는, 전기연결부가 다양하게 변형될 수도 있다. 즉, 전기연결부는, 콘센트에 결합되는 플러그 형태, 혹은 컨넥터 등의 형태로 형성될 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 일실시예에 따른 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체(1)에 의하면, 히트파이프(10)와 방열부(30) 등을 이용하여 LED에서 발생하는 열을 빠르고 효과적으로 냉각시키는 것이 가능하다.
또한, 히트파이프(10)의 내측에는 상하방향으로 뚫려있는 관통공(11)이 구비되어 있어서, LED결합체(20)로부터 연장된 전선(26)이 관통공(11)을 관통한 후 반대편에 있는 전기연결구(40)에 연결될 수 있다. 따라서, 조립체(1)의 외부에는 전선(26)이 전혀 노출되지 않아 제품의 미관상 우수할 뿐 아니라, 방열부(30)를 전선의 간섭 없이 다양한 형상 및 부피를 가지도록 설계하는 것이 가능하여 냉각능력 증가시킬 수 있다. 냉각능력이 증가됨에 따라, LED(21)를 종래의 제품보다 많은 수를 구비할 수 있게 되어, 더욱 밝은 조명조립체를 구현할 수 있게 된다. 또한, 냉각이 효과적으로 이루어지게 되면, 그렇지 못할 경우보다, LED(21)의 수명이 늘어나는 효과도 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예의 경우, 내측관부재(18)의 내측면(180)에도 소결윅(62, 도 9참조)를 구비하고 있어서, 보다 많은 양의 열이 효과적으로 빠르게 전달될 수 있다. 다만, 필요에 따라, 내측관부재(18)의 내측면(180)에는 소결윅을 구비하지 않을 수도 있다.
한편, 본 실시예의 LED조명 조립체(1)의 경우에는, 방열부(30)의 원통부(32)와 냉각핀(34)들이 일체로 형성되는 것으로 예를 들었으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다양하게 변형될 수 있다. 즉, 원통부와 냉각핀을 별도로 제작한 후, 상호 결합시킬 수도 있다.
한편, 도 4에는, 첫 번째 실시예와 비교하여, 냉각핀의 형상만을 변형시킨 두번째 실시예의 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체(1a)가 도시되어 있다. 본 실시예를 첫번째 실시예와 비교하면, 방열부(30a)의 냉각핀(34a)의 형상이 다를 뿐 이를 제외한 다른 구성은 동일하다.
또한, 도 5와 도 6에는, 방열부의 구성이 변형된 세 번째 실시예의 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체(1b)가 도시되어 있다.
본 실시예를 첫번째 실시예와 비교하면, 방열부(30b)의 구성만이 다르고 이를 제외한 나머지 구성은 동일하다. 따라서, 이하 방열부(30b)의 구성에 대해서만 설명하며, 다른 구성에 대해서는 첫번째 실시예의 설명이 적용된다.
본 실시예의 방열부(30b)는, 히트파이프(10)의 측면(16)에 상하방향으로 다수의 이격되어 끼워진 냉각핀(34b)들로 구성된다. 도 6을 참조하면, 히트파이프(10)의 측면(16)에 얇은 금속제의 냉각핀(34b)들이 수평방향으로 끼워져 있다. 각각의 냉각핀(34b)은 원판형태이고, 그 중심부에는 히트파이프(10)가 끼워지는 결합공(340b)이 형성되어 있다. 그리고, 결합공(340b)의 원주를 따라 일측으로 돌출형성된 버(burr,342b)가 형성되어 있다. 버(342b)로 인해 냉각핀(34b)은 히트파이프(10)의 측면(16)에 보다 넓은 접촉면적을 가지며 히트파이프(10)에 결합될 수 있다. 냉각핀(34b)은, 히트파이프(10)에 억지끼워맞춤되어 있다. 한편, 냉각핀(34b)들은 필요에 따라 히트파이프(10)의 측면(16)에 솔더링 등의 방법에 의해 결합될 수도 있다.
한편, 도 7에는, 상기 세 번째 실시예의 냉각핀(34c)의 형상이 다소 변형된 냉각핀(34c)이 히트파이프(10)에 결합된 상태로 도시되어 있다. 상기 냉각핀(34c)은, 하부에 배치된 냉각핀(34c)의 직경이 상부에 배치된 냉각핀(34c)들이 비해 그 직경이 작다. 냉각핀의 형상이나 배치는, 조명 조립체가 설치되는 곳의 확보되는 공간이나, 원하는 방열량에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
도 8과 도 9에는, 상술한 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체에 채용된 히트파이프(10) 만을 도시하고 있다. 중복되는 설명은 생략한다.
도 9를 참조하면, 보조관(54)은, 내부공간(100)의 진공과 내부공간(100)으로 작동유체를 투입하기 위한 부분이다. 보조관(54)은, 진공과 작동유체 투입 작업 후 그 단부가 밀봉된다. 그리고, 흡열캡(50)에는 외측면과 내측면 각각에 용접링(502, 504)을 구비하고 있다. 이러한 용접링(502, 504)은, 흡열캡(50)을 내측관부재(18)와 외측관부재(19)의 일단부에 결합시키기 위해, 마련된 홈에 끼워진 후, 내부의 금속분말의 소결시 가해지는 열에 의해 용융된 후 다시 굳어진 부분이다.
한편, 본 발명은, 상술한 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체에 있어서, 이에 채용된 관통공을 구비한 히트파이프 및 이를 를 제조하기에 적합한 제조방법에 대해 개시한다.
본 발명의 히트파이프는, 밀봉된 상태의 내부에 작동유체를 구비하고, 흡열면, 밀봉면 및 측면을 가지는 원기둥 형태의 히트파이프로서, 상기 흡열면과 밀봉면을 관통하는 관통공이 형성된 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 관통공은, 상기 흡열면과 밀봉면을 관통하도록 구비된 내측 관부재에 의해 형성되고, 상기 내측 관부재는, 상기 히트파이프의 내부 공간을 향하는 내측면에 금속분말이 소결되어 형성된 소결윅(sintering wick)을 구비하고 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 히트파이프 제조방법은, 밀봉된 상태의 내부에 작동유체를 구비하고, 흡열면, 밀봉면 및 측면을 가지는 원기둥 형태이며, 상기 흡열면과 밀봉면을 관통하는 내측 관부재에 의해 관통공이 형성된 히트파이프의 제조방법으로서, 상대적으로 큰 직경을 가지는 외측 관부재와 작은 직경을 가지는 내측 관부재를 각각 절단하여 준비하는 관부재 준비단계;와, 중심부근에 상기 내측 관부재가 끼워질 수 있는 결합공을 구비한 원판형태의 흡열캡을 준비하고, 상기 외측 관부재의 내부에 상기 내측 관부재를 위치시킨 후, 상기 흡열캡을 상기 외측 관부재와 내측 관부재의 일단부에 결합하는 흡열캡 결합단계;와, 상기 흡열캡, 외측 관부재 및 내측 관부재에 의해 형성된 내부 공간에, 상기 내측관 부재를 수용할 수 있는 공간을 구비한 원기둥 형상의 맨드럴(mandrel)을 삽입한 후, 상기 외측 관부재의 내측면과 상기 맨드럴 사이의 공간 및 상기 흡열캡과 상기 맨드럴 사이의 공간에 금속분말을 충진하는 금속분말 충진단계;와, 상기 금속분말을 소결시켜 소결윅(sintering wick)을 형성하는 소결단계;와, 상기 내측 관부재가 끼워질 수 있는 결합공과 상기 내부 공간의 진공과 작동유체의 주입을 위한 보조관을 적어도 하나 구비한 원판형태의 밀봉캡을 준비하고, 상기 밀봉캡을 상기 외측 관부재와 내측 관부재의 타단부에 결합하는 밀봉캡 결합단계; 및 상기 밀봉캡에 구비된 보조관을 이용하여 상기 내부 공간을 소정 수준의 진공상태로 만들고 상기 내부 공간으로 작동유체를 주입한 후, 상기 보조관을 밀봉하는 진공 및 작동유체주입 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 금속분말충진단계는, 상기 내측 관부재의 내부 공간을 향하는 내측면과 상기 맨드럴의 사이에 형성된 공간에도 금속분말을 충진하는 것을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 따른 히트파이프의 제조방법은, 밀봉된 상태의 내부에 작동유체를 구비하고, 흡열면, 밀봉면 및 측면을 가지는 원기둥 형태이며, 상기 흡열면과 밀봉면을 관통하는 내측 관부재에 의해 관통공이 형성된 히트파이프의 제조방법이다. 즉, 히트파이프는 상술한 LED조명 조립체에 관하여 설명되어진 히트파이프로서, 그 중앙부에 관통공이 구비되어 있는 점에 특징이 있다.
이하, 도 10 내지 도 16은 참조하며, 도 8과 도 9에 도시된 히트파이프를 제조하는 방법을 설명한다. 여기에 사용되는 도면부호는 도 1 내지 도 3, 도 8 및 도 9에 사용된 것과 동일하게 사용한다.
본 실시예의 히트파이프의 제조방법은, 관부재 준비단계, 흡열캡 결합단계, 금속분말 충진단계, 소결단계, 밀봉캡 결합단계 및 진공, 작동유체주입단계를 포함하여 이루어져 있다.
상기 관부재 준비단계는, 상대적으로 큰 직경을 가지는 외측 관부재(19)와 이에 비해 상대적으로 작은 직경을 가지는 내측 관부재(18)를 각각 동일한 길이로 절단하여 준비하는 단계이다. 관부재의 소재는 구리(Cu)이다.
다음으로, 흡열캡 결합단계를 진행한다.
흡열캡(50)은, 도 11을 참조하면, 그 중심부근에 내측관부재(18)가 끼워질 수 있는 크기의 결합공(51)를 구비한다. 흡열캡(50)은 원판형태이며 구리이다.
외측 관부재(19)의 내부에 내측 관부재(18)를 내측 관부재(19)를 위치시킨 후, 흡열캡(50)을 외측 관부재(19)와 내측 관부재(18)의 일단부에 결합한다. 결합된 상태가 도 10에 도시된 상태이다. 이때, 흡열캡(50)에는, 그 외측면과 내측면에 각각 원주면을 따라 홈이 형성되어 있으며, 그 홈에는 각각 용접링(502, 504)이 결합되어 있다.
다음은, 금속분말 충진단계 및 소결단계를 도 12 내지 도 14를 참조하며 설명한다.
흡열캡(50), 외측 관부재(19) 및 내측 관부재(18)에 의해 형성된 내부 공간(100)에, 맨드럴(mandrel, 102)를 삽입한다(도 12 참조). 맨드럴은 금속분말을 충진할 공간을 한정하기 위한 보조도구이다. 맨드럴(102)은 그 중심부에 내측 관부재(18)를 수용할 수 있는 공간(104)을 구비한다. 즉, 맨드럴(102)의 형상은 전체적으로 원기둥형이며, 그 속에는 길이방향으로 공간(104)이 형성되어 있다.
맨드럴(102)은, 내부공간(100) 속으로 삽입되어, 외측 관부재(19)와 내측관부재(18)와 흡열캡(50)의 각각의 내측면과의 맨드럴(102)의 사이에 금속분말이 채워질 수 있는 공간을 형성한다.
그리고, 외측 관부재(19)의 내측면(190)과 맨드럴(102) 사이의 공간, 내측 관부재(18)의 내측면(180)과 맨드럴(102) 사이의 공간 및 흡열캡(50)의 내측면(500)과 맨드럴(102) 사이의 공간의 각각에 동과 같은 금속분말(56)을 충진한다(금속분말 충진단계).
한편, 본 실시예의 경우, 내측 관부재(18)의 내측면(180)과 맨드럴(102) 사이의 공간에 금속분말을 충진하는 것으로 예를 들었으나, 필요에 따라서는 이 공간에는 금속분말을 충진하지 않을 수도 있다. 이 경우 내측 관부재(18)의 내측면(180)과 맨드럴(102) 사이에는 공간이 형성되지 않도록 맨드럴의 공간(104)의 크기를 선택한다.
다음으로, 맨드럴(102)의 위치를 그대로 유지한 채, 충진된 금속분말에 적절한 열을 가하여 금속분말을 소결시켜 소결윅(sintering wick)을 형성하는 소결단계를 수행한다. 소결이 이루이지고 난 후 맨드럴(102)를 제거하면, 흡열캡(50), 외측 관부재(19) 및 내측 관부재(18)의 각각의 내측면(500, 190, 180)에는 소결윅(58, 60, 62)이 형성되어 있다(도 14 참조). 한편, 소결단계를 위해 열을 가하게 되면, 흡열캡(50)에 구비되어 있던 용접링(502, 504)도 용융되며 용접이 이루어지게 된다.
다음단계는, 밀봉캡 결합단계이다.
밀봉캡 결합단계의 수행을 위해 밀봉캡(52)을 준비한다. 밀봉캡(52)은, 원판형태이고, 그 중심부에 내측 관부재(19)가 끼워질 수 있는 결합공(53)이 형성되어 있다. 그리고, 밀봉캡(52)의 일측에는, 내부공간(100)을 원하는 수준의 진공으로 만들기 위해 내부공기를 빼내고, 그리고 내부공간(100)으로 작동유체를 투입하기 위한 보조관(54)이 구비되어 있다.
준비된 밀봉캡(52)을 외측 관부재(19)와 내측 관부재(18)의 타단부에 끼운 후 이 부분에 열을 가하여 결합시킨다. 이때 밀봉캡(52)에는 흡열캡(50)의 경우와 마찬가지로, 용접링(520, 522)이 구비되어 있어서, 밀봉캡(52)을 외측 관부재(19)와 내측 관부재(18)의 타단부에 용접되게 된다.
마지막 단계로, 밀봉캡(52)의 보조관(54)을 이용하여, 내부 공간(100)을 소정 수준의 진공상태로 만들고, 그리고 내부 공간으로 작동유체를 주입한다. 이때, 진공공정과 작동유체의 투입공정의 선후 관계는 크게 중요하지 않으며, 필요와 작업자에 따라 공정의 선후를 정할 수 있다. 그리고 나서, 보조관(54)의 단부를 용접 등의 방법으로 밀봉하면, 본 발명의 일시예에 따른 히트파이프 제종방법이 완성된다.
한편, 본 실시예의 경우 하나의 보조관(54)을 구비하여 이를 통해 진공과 작동유체 투입을 하는 것으로 예를 들었으나, 보조관을 두 개 구비하여 진공과 작동유체 투입을 각각 수행할 수도 있다.
한편, 상술한, 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체에 채용된 히트파이프를 제조하기에 적합한 또 다른 히트파이프 제조방법을 개시한다.
상기 히트파이프 제조방법은, 밀봉된 상태의 내부에 작동유체를 구비하고, 흡열면, 밀봉면 및 측면을 가지는 원기둥 형태이며, 상기 흡열면과 밀봉면을 관통하는 내측 관부재에 의해 관통공이 형성된 히트파이프의 제조방법으로서, 일측에는 결합공을 구비한 흡열면을 가지며 타측은 개방되어 있고 측면을 가지는 몸체와, 상기 결합공에 결합되는 내측 관부재를 준비하고, 상기 내측 관부재의 일단부를 상기 몸체의 관통공에 결합하는 몸체 및 내측 관부재 준비단계;와, 상기 몸체의 내부 공간에, 상기 내측관 부재를 수용할 수 있는 공간을 구비한 원기둥 형상의 맨드 럴(mandrel)을 삽입한 후, 상기 몸체의 내측면과 맨드럴의 사이에 형성된 공간에 금속분말을 충진하는 금속분말 충진단계;와, 상기 금속분말을 소결시켜 소결윅(sintering wick)을 형성하는 소결단계;와, 상기 내측 관부재가 끼워질 수 있는 결합공과 상기 내부 공간의 진공과 작동유체의 주입을 위한 보조관을 적어도 하나 구비한 원판형태의 밀봉캡을 준비하고, 상기 맨드럴을 제거한 후, 상기 밀봉캡을 상기 몸체의 타단부에 결합하는 밀봉캡 결합단계; 및 상기 밀봉캡에 구비된 보조관을 이용하여 상기 내부 공간을 소정 수준의 진공상태로 만들고 상기 내부 공간으로 작동유체를 주입한 후, 상기 보조관을 밀봉하는 진공 및 작동유체주입 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 몸체는, 관 형태의 소재의 일단부를 스피닝(spinning) 가공하여 흡열면을 가지는 형태로 성형된 것이 바람직하다.
한편, 상기 몸체는, 금속 판부재를 드로잉(drawing) 가공한 후, 흡열면의 중심부분에 결합공을 드릴링(drilling) 가공하여 성형된 것도 바람직하다.
그리고, 상기 금속분말충진단계는, 상기 내측 관부재의 내부 공간을 향하는 내측면과 상기 맨드럴의 사이에 형성된 공간에도 금속분말을 충진하는 것을 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 도 17과 도 18을 참조한다.
본 발명의 히트파이프 제조방법은, 상술한 첫번째의 히트파이프 제조방법과 비교하여, 첫 번째 제조방법의 경우 외측 관부재와 흡열캡을 별도의 부재로 구비되었기 때문에 이들을 상호 결합하는 단계가 필요하였으나, 본 발명의 히트파이프 제 조방법에서는 첫번째의 외측 관부재(19)와 흡열캡(50)가 결합된 상태에 대응하는 일체로 형성된 몸체(80)를 이용하기 때문에, 이들을 상호 결합하는 단계가 필요하지 않다는 점이 다르다.
따라서, 첫번째 히트파이프 제조방법의 관부재 준비단계, 흡열캡 결합단계를 제외한, 금속분말 충진단계, 소결단계, 밀봉캡 결합단계 및 진공, 작동유체주입단계는 본 발명의 히트파이프 제조방법에 그대로 적용되므로 중복설명은 생략하며, 상기 첫번째 제조방법의 관부재 준비단계 및 흡열캡 결합단계에 대응되는 단계인 몸체 및 내측 관부재 준비단계에 관하여만 설명한다.
상기 몸체 및 내측 관부재 준비단계에는, 몸체와 내측 관부재가 필요하다. 도 17과 도 18을 참조하면, 상기 몸체(80)는, 그 일측에 관통공(84)을 구비한 흡열면(82)을 가지며, 타측은 개방되어 있다. 그리고 몸체(80)는 측면(86)을 가진다. 흡열면(82)과 측면(86)을 이루는 부재는 일체형으로 되어 있으며, 구리 소재이다.
상기 내측 관부재는 상술한 첫번째 히트파이프 제조방법에서 사용된 내측관부재(19)와 동일한 구성이다.
준비된 내측관부재를 몸체(80)의 결합공(84)에 결합한다. 이때 결합공(84)에는 첫번째 제조방법에서와 마찬가지로, 용접링이 끼워져 있다.
다음단계로 첫번째 히트파이프 제조방법과 동일하게, 몸체(80)의 내부공간으로 맨드럴을 삽입한 후 형성된 공간에 금속분발을 충진하는 금속분말 충진단계가 수행된다. 그런 후, 소결단계, 밀봉캡 결합단계 및 진공 및 작동유체주입 단계가 차례로 수행되면 히트파이프의 제조가 완성된다.
한편, 상기 몸체(80)는, 본 실시예의 경우 주조에 의해 원하는 형상으로 얻어진다. 하지만, 이 밖에도 다른 여러가지 방법, 예컨대, 스피닝(spinning) 이나 드로잉(drawing)의 방법에 의해서도 몸체를 성형할 수 있다.
즉, 몸체(80)는, 관 형태의 소재의 일단부를 스피닝(spinning) 가공하여 흡열면을 가지는 형태로 성형될 수 있다.
스피닝 가공은, 통상 스피닝 선반을 사용하여 소재를 회전시키면서 원뿔 이나 이와 유사한 형상의 스피닝 형틀에 맞추어 원뿔형 혹은 이와 유사한 형태의 용기를 만들거나 용기의 아가리를 오므라들게 좁히는 가공법을 만한다. 따라서, 관형태의 소재의 일단부를 점차 오무라들게 가공하여 결국 도 17에 형성된 형태와 같은 몸체로 성형하는 것이다.
또한, 스피닝 가공시에 결합공(84)도 동시에 형성되도록 할 수 있어서, 별도의 드릴링 공정에 의해 결합공을 형성할 필요가 없다.
또한, 몸체(80)는 금속 판부재를 드로잉(drawing) 가공한 후, 흡열면의 중심부분에 결합공을 드릴링(drilling) 가공하여 성형할 수도 있다. 이때, 드로잉(drawing) 가공이라 함은 일반적으로 상온에서 편평한 판금 원판을 컵 모양 또는 바닥이 있는 용기로 압출하는 가공법을 말한다.
즉, 금속의 판부재를 여러차례 단계를 거쳐 마치 컵 형태의 형상으로 가공하고, 그 후 바닥면의 중앙부분을 드릴링 등의 방법으로 구멍을 뚫어 결합공(84)을 형성하여, 도 17에 도시된 형태의 몸체(80)를 얻는다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체에 의하면, LED에서 발생하는 열을 종래보다 효과적으로 더 많이 냉각하는 것이 가능하다는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (13)

  1. 밀봉된 상태의 내부에 작동유체를 구비하고, 흡열면, 밀봉면 및 측면을 가지는 원기둥 형태이며, 상기 흡열면과 밀봉면을 관통하는 내측 관부재에 의해 관통공이 형성된 히트파이프;
    적어도 하나의 LED를 구비하며, 상기 LED의 작동시 발생하는 열을 상기 히트 파이프에 전달하도록 상기 히트파이프의 흡열면에 결합되되, 상기 LED에 연결된 전선이 상기 관통공을 통하여 히트파이프를 통과되도록 결합된 LED결합체;
    상기 히트파이프의 측면에 결합되어 상기 히트파이프에 전달된 열을 외부로 발산하는 방열부; 및
    상기 히트파이프의 관통공을 통과한 전선에 결합되고, 외부의 전기공급원과 결합될 수 있는 전기연결부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방열부는, 상기 원기둥형의 히트파이프가 끼워져 결합된 원통부와, 상기 원통부에 상하길이방향으로 형성되어 상기 원통부의 둘레방향을 따라 이격배치된 복수의 냉각핀을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 원통부와 상기 복수의 냉각핀들은 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 방열부는, 상기 히트파이프의 측면에 상하방향으로 이격되어 끼워진 다수의 냉각핀인 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 LED결합체는 금속제의 PCB를 포함하며,
    상기 PCB의 일측면에는 LED가 실장되고, 그 타측면은 상기 히트파이프의 흡열면에 결합되어, 상기 LED에서 발생하는 열이 상기 PCB를 통해 상기 히트파이프로 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체.
  6. 밀봉된 상태의 내부에 작동유체를 구비하고, 흡열면, 밀봉면 및 측면을 가지는 원기둥 형태의 히트파이프로서,
    상기 흡열면과 밀봉면을 관통하는 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 히트파이프.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 관통공은, 상기 흡열면과 밀봉면을 관통하도록 구비된 내측 관부재에 의해 형성되고,
    상기 내측 관부재는, 상기 히트파이프의 내부 공간을 향하는 내측면에 금속분말이 소결되어 형성된 소결윅(sintering wick)을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 히트파이프.
  8. 밀봉된 상태의 내부에 작동유체를 구비하고, 흡열면, 밀봉면 및 측면을 가지는 원기둥 형태이며, 상기 흡열면과 밀봉면을 관통하는 내측 관부재에 의해 관통공이 형성된 히트파이프의 제조방법으로서,
    상대적으로 큰 직경을 가지는 외측 관부재와 작은 직경을 가지는 내측 관부재를 각각 절단하여 준비하는 관부재 준비단계;
    중심부근에 상기 내측 관부재가 끼워질 수 있는 결합공을 구비한 원판형태의 흡열캡을 준비하고, 상기 외측 관부재의 내부에 상기 내측 관부재를 위치시킨 후, 상기 흡열캡을 상기 외측 관부재와 내측 관부재의 일단부에 결합하는 흡열캡 결합단계;
    상기 흡열캡, 외측 관부재 및 내측 관부재에 의해 형성된 내부 공간에, 상기 내측관 부재를 수용할 수 있는 공간을 구비한 원기둥 형상의 맨드럴(mandrel)을 삽입한 후, 상기 외측 관부재의 내측면과 상기 맨드럴 사이의 공간 및 상기 흡열캡과 상기 맨드럴 사이의 공간에 금속분말을 충진하는 금속분말 충진단계;
    상기 금속분말을 소결시켜 소결윅(sintering wick)을 형성하는 소결단계;
    상기 내측 관부재가 끼워질 수 있는 결합공과 상기 내부 공간의 진공과 작동유체의 주입을 위한 보조관을 적어도 하나 구비한 원판형태의 밀봉캡을 준비하고, 상기 밀봉캡을 상기 외측 관부재와 내측 관부재의 타단부에 결합하는 밀봉캡 결합단계; 및
    상기 밀봉캡에 구비된 보조관을 이용하여 상기 내부 공간을 소정 수준의 진공상태로 만들고 상기 내부 공간으로 작동유체를 주입한 후, 상기 보조관을 밀봉하는 진공 및 작동유체주입 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 히트파이프 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 금속분말충진단계는,
    상기 내측 관부재의 내부 공간을 향하는 내측면과 상기 맨드럴의 사이에 형성된 공간에도 금속분말을 충진하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트파이프 제조방법.
  10. 밀봉된 상태의 내부에 작동유체를 구비하고, 흡열면, 밀봉면 및 측면을 가지는 원기둥 형태이며, 상기 흡열면과 밀봉면을 관통하는 내측 관부재에 의해 관통공이 형성된 히트파이프의 제조방법으로서,
    일측에는 결합공을 구비한 흡열면을 가지며 타측은 개방되어 있고 측면을 가지는 몸체와, 상기 결합공에 결합되는 내측 관부재를 준비하고, 상기 내측 관부재의 일단부를 상기 몸체의 관통공에 결합하는 몸체 및 내측 관부재 준비단계;
    상기 몸체의 내부 공간에, 상기 내측관 부재를 수용할 수 있는 공간을 구비한 원기둥 형상의 맨드럴(mandrel)을 삽입한 후, 상기 몸체의 내측면과 맨드럴의 사이에 형성된 공간에 금속분말을 충진하는 금속분말 충진단계;
    상기 금속분말을 소결시켜 소결윅(sintering wick)을 형성하는 소결단계;
    상기 내측 관부재가 끼워질 수 있는 결합공과 상기 내부 공간의 진공과 작동유체의 주입을 위한 보조관을 적어도 하나 구비한 원판형태의 밀봉캡을 준비하고, 상기 맨드럴을 제거한 후, 상기 밀봉캡을 상기 몸체의 타단부에 결합하는 밀봉캡 결합단계; 및
    상기 밀봉캡에 구비된 보조관을 이용하여 상기 내부 공간을 소정 수준의 진공상태로 만들고 상기 내부 공간으로 작동유체를 주입한 후, 상기 보조관을 밀봉하는 진공 및 작동유체주입 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 히트파이프 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 몸체는, 관 형태의 소재의 일단부를 스피닝(spinning) 가공하여 흡열면을 가지는 형태로 성형된 것을 특징으로 하는 히트파이프 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 몸체는, 금속 판부재를 드로잉(drawing) 가공한 후, 흡열면의 중심부분에 결합공을 드릴링(drilling) 가공하여 성형된 것을 특징으로 하는 히트파이프 제조방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 금속분말충진단계는,
    상기 내측 관부재의 내부 공간을 향하는 내측면과 상기 맨드럴의 사이에 형성된 공간에도 금속분말을 충진하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트파이프 제조방법.
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