KR20100098890A - 액체냉각방식의 엘이디 조명등 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조명장치에 관한 것으로서, 좀더 자세하게는 물, 기름 등의 액체냉각 수단을 구비한 엘이디 조명등에 관한 것이다.

종래의 엘이디 조명등은 공냉식 냉각수단을 구비하고 있는데 많은 문제점이 있는바, 새로운 냉각수단을 구비한 엘이디 조명등이 요구된다. 본 발명은 엘이디 조명등에 있어서 공냉식 냉각수단의 문제점을 해결하기 위하여 물, 기름 등의 액체를 냉각수단으로 하는 액체냉각방식을 채택하였다. 구체적인 냉각수단으로는 엘이디램프의 상부에 물, 냉각오일 등의 액체 냉매를 충진한 냉각튜브를 환형으로 배치하여 엘이디램프에서 발생한 열을 주변으로 방열시키도록 하였다.

상기와 같은 액체냉각방식의 엘이디 조명등은 냉각튜브 내부의 액체 냉매가 대류하면서 냉각이 일어나므로, 냉각성능이 아주 높아서 엘이디 램프의 수명이 길고, 조명등을 소형화할 수 있고, 제작이 용이하고, 그에 따라 제작비용이 낮아 경제적이다.

엘이디, 램프, 조명등, 발열, 냉각, 액체냉각방식, 대류, 열전달

Description

액체냉각방식의 엘이디 조명등{Liquid-cooling Type LED Lamp for Lighting}

본 발명은 조명장치에 관한 것으로서, 좀더 자세하게는 물, 기름 등의 액체냉각 수단을 구비한 엘이디 조명등에 관한 것이다.

발광다이오드인 엘이디(LED, Light Emitting Diode)는 전기의 소모는 적으나 광량이 많지 않아 각종 계기판 등의 표시장치로 주로 사용되었다. 그러다가 최근에는 고출력 엘이디가 개발되어 조명용 램프로 사용되기에 이르렀다. 이와 같은 조명용 엘이디 램프는 할로겐이나 수은등과 같은 종래의 램프에 비하여 전력소비가 획기적으로 적고, 수명이 긴 장점이 있다.

그러나 엘이디는 기본적으로 반도체이므로 열에 아주 취약하다. 엘이디가 조명용 램프로 사용되기 위해서는 충분한 조도를 얻어야 하는데, 이를 위하여 고출력의 엘이디가 사용되고, 이와 같은 고출력 엘이디의 경우 발열이 많은 문제점이 있다. 엘이디램프의 점등시 발열이 많으면 이 열은 엘이디 자체를 가열하고, 엘이디가 가열이 되면 수명이 급격히 짧아지는 문제가 있다.

엘이디는 엘이디 칩의 표면온도에 따라서 수명이 좌우되는데, 표면온도가 섭 씨 25도면 5만에서 10만시간이나 100도 정도이면 3만시간 정도로 떨어지고, 허용 최고온도(LED의 종류에 따라서 차이는 있다.)에서는 200시간 내지 500시간으로 급격히 떨어진다. 통상적으로 사용되는 엘이디램프의 경우 표면온도를 섭씨 60도 이하, 바람직하게는 58도 이하로 제한하고 있다.

엘이디 조명등의 경우 엘이디램프 하나하나의 조도는 그리 높지 않으므로, 다수개의 엘이디램프를 다발로 집속하여 사용하는데, 이와 같이 다수개의 엘이디램프를 좁은 공간에 집속하여 사용할 경우 발열량이 많아 엘이디의 온도가 급격히 오르는 문제가 있다. 따라서 엘이디 조명등에서는 램프의 냉각이 아주 중요하다.

종래의 조명용 고출력 엘이디 조명등의 경우 냉각수단으로 공기에 의하여 열을 주변으로 분산시키는 공냉식인데, 열을 효과적으로 방열시키기 위하여 아주 다양한 형태의 냉각핀("방열핀"이라고도 함.)을 구비한 엘이디 조명등이 개발되어 특허출원이 되고 있다.

그러나 공냉식 엘이디 조명등의 경우, 충분한 방열이 일어나게 하려면 냉각핀이 아주 크거나 다수의 방열핀을 가져야 하므로, 부피가 커지고, 제작이 난해하고, 그에 따라 제작비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.

상기와 같이 종래의 엘이디 조명등은 냉각수단으로 공냉식 냉각수단을 구비하고 있는데 많은 문제점이 있는바, 새로운 냉각수단을 구비한 엘이디 조명등이 요구된다.

본 발명은 엘이디 조명등에 있어서 상기와 같은 공냉식 냉각수단의 문제점을 해결하기 위하여 물, 기름 등의 액체를 냉각수단으로 하는 액체냉각방식을 채택하였다.

구체적인 냉각수단으로는 엘이디램프의 상부에 물, 냉각오일 등의 액체 냉매를 충진한 냉각튜브를 환형으로 배치하여 엘이디램프에서 발생한 열을 주변으로 방열시키도록 하였다.

상기와 같은 액체냉각방식의 엘이디 조명등은 냉각튜브 내부의 액체 냉매가 대류를 하면서 냉각이 일어나므로, 냉각성능이 아주 높고, 따라서 엘이디 램프의 수명이 길고, 성능이 저하될 염려가 적다.

따라서 본 발명의 엘이디 조명등은 소형으로도 충분한 냉각이 일어나게 할 수 있어서 설치공간을 적게 차지하고, 복잡한 형상의 방열핀을 사용하지 않으므로 제작이 용이하고, 그에 따라 제작비용이 낮아 경제적이다.

본 발명의 엘이디 조명등은 도 1에 도시한 바와 같이, 다수개의 엘이디램프(1), 상기 엘이디램프들의 위치를 고정하고 있는 램프프레임(2), 램프프레임에 부착되는 하부브래킷(3), 하부브래킷과 일정 간격을 유지하고 있는 상부브래킷(4), 상기 상부브래킷과 하부브래킷 사이에 환상으로 배치되는 냉각튜브(5), 그리고 상부브래킷과 하부브래킷 사이에 냉각튜브와 함께 배치되어 상부브래킷과 하부브래킷을 서로 결속하는 결속봉(6), 그리고 상부브래킷에 부착되어 외부와의 전기적 연결을 하게 하는 전기단자(7)로 구성된다.

엘이디램프(1)는 조명용으로 상용되는 통상의 엘이디램프를 사용한다. 이와 같은 조명용 엘이디램프는 다양한 것이 시판되고 있는데, 출력 0.5W 내지 3W짜리 엘이디 램프를 사용할 수 있다. 이와 같은 엘이디램프(1) 하나하나는 충분한 조도를 갖지 못하므로, 조명등으로 사용하기 위해서는 필요에 따라 도 2에 도시한 바와 같이, 수개 내지 수십개를 일정 패튼으로 배열하여 사용한다.

램프프레임(2)은 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 다수개의 엘이디램프(1)들을 일정한 패튼으로 배열하여 고정하는 프레임이다. 이 램프프레임은 일종 두께를 가진 판에 상기 엘이디램프(1)들을 고정할 수 있는 홈형태의 램프자리(11)들을 엘이디램프의 배열 패튼에 따라 구비하고 있다. 상기 엘이디램프(1)들은 이 램프자리(11) 마다 하나씩 삽입되어 고정된다.

램프프레임(2)은 엘이디램프의 배열 패튼에 따라 평판형, 원추형, 반구형, 다면형 등 다양한 모양으로 제작할 수 있다. 그리고 램프프레임의 재질로는 열전도율이 높아 엘이디램프(1)들에서 발생한 열을 잘 소산시킬 수 있는 고체재료로 제작되는데, 알루미늄이 가볍고, 열전도율이 높고, 그리고 다양한 형대로 가공이 용이하므로 적당하다.

하부브래킷(3)은 상기 램프프레임(2)에 결합되고, 여기에 하기 냉각튜브(5)와 결속봉(6)이 결합된다. 경우에 따라서는 이 하부브래킷을 사용하지 않고 냉각튜브(5)와 결속봉(6)을 직접 램프프레임(2)에 결합할 수도 있다.

상부브래킷(4)은 상기 하부브래킷(3)과 일정 간격을 유지하고, 상부브래킷(4)과 하부브래킷(3) 사이에는 냉각튜브(5)가 설치되고, 결속봉(6)으로 고정된다.

상부브래킷(4)과 하부브래킷(3)에는 각각 냉각튜브(5)가 결합될 자리홈이 형성되고, 결속봉이 관통되는 구멍이 형성된다. 하부브래킷(3)을 사용하지 않을 경우에는 램프프레임(2)에 냉각튜브(5)가 결합될 자리홈을 형성하고, 결속봉이 결합되는 나사구멍을 형성할 수 있다.

냉각튜브(5)는 도 4에 도시한 바와 같이, 튜브(51)의 내부에 물, 냉각수, 냉각오일 등의 액체 냉매(52)가 충진되어 밀폐된 일정 길이의 튜브이다. 튜브의 재질로는 열전도계수가 큰 알루미늄, 황동 등이 적당하다. 냉매는 열팽창을 고려하여 완전히 충진하지 않고 일정 공간을 두는 것이 좋다. 냉각튜브는 다양한 방법으로 제작할 수 있으나, 일단이 밀폐된 튜브에 냉매를 충진한 후 개구부를 마개(54) 등 으로 밀봉을 하는 방법으로 제작할 수 있다.

냉각튜브(5)의 양단은 결합을 확실하게 하고, 접촉면적을 증대시키기 위하여 외부로 돌출되는 돌기(53)를 구비하는 것이 좋다. 제작의 편의를 위해서는 돌기를 구비하지 않고 상부브래킷(4), 하부브래킷(3), 또는 램프프레임(2)에 냉각튜브의 양단이 매설될 수 있도록 자리홈을 형성할 수도 있다.

냉각튜브(5)는 엘이디램프(1)들에서 발생하는 열량을 감안하여 필요한 갯수로 하는데, 도 1의 단면도에 도시한 바와 같이, 외부에 1겹의 환형으로 배치할 수도 있고, 발열량이 많고 공기 유동이 적은 실내에 사용되는 경우 등에는 2겹 이상의 환형으로 배치할 수도 있다. 냉각튜브를 1겹의 환형으로 배치할 경우에는 상기 하부브래킷(3)이 필요하지 않다.

결속봉(6)은 상기 냉각튜브 사이사이에 설치되어 냉각튜브(5)를 사이에 두고 상부브래킷(4)과 하부브래킷(3)을 서로 견고하게 결합하는 기능을 한다. 결속봉의 양단에는 수나사를 형성하여, 일단은 하부브래킷(3), 또는 램프프레임(2)에 형성된 나사구멍에 결합되게 하고, 타단은 상부브래킷(4)의 상단에서 너트로 결합하는 것이 가장 간편하다. 결속봉의 수는 상부브래킷(4)과 하부브래킷(3)을 견고하고 안전하게 결합할 수 있는 개수로 하는데, 엘이디 조명등의 크기에 따라 2개 이상 다수개로 한다. 결속봉이 결합되는 상부브래킷(4)에는 너트 자리를 가공하여, 너트 체결시 체결부위가 외부로 돌출되지 않게 하는 것이 좋다.

경우에 따라서는 일부 냉각튜브(5)의 양단에 수나사를 형성하여, 이와 같이 수나사가 형성된 냉각튜브가 결속봉의 역할을 겸하게 할 수도 있다.

전기단자(7)는 소켓에 결합되는 백열전등의 베이스와 유사한 것으로서, 상기 상부브래킷(4)의 중앙에 외부로 돌출 되도록 부착되어, 전기 소켓에 꽂혀 엘이디램프(1)들에 전기를 공급할 수 있게 한다. 이 전기단자 연결된 전선은 엘이디 조명등의 내부에서 분기되어 각각의 엘이디램프(1)들에 연결된다.

상기와 같이 구성된 엘이디 조명등은 소켓에 직접 또는 통상적인 등기구에 결합하여 사용하는데, 상기 엘이디램프(1)를 고정하고 있는 램프프레임(2)과 냉각튜브(5)를 보호하고 이물질이 침투하는 것을 방지하기 위하여 상부브래킷(4)에 유리, 투명플라스틱 등의 투명한 재료로 제작한 커버(8)를 부착하는 것이 좋다.

엘이디램프(1)들에서 발생한 열이 램프프레임(2)과 하부브래킷(3)을 경유하여 이와 접촉하고 있는 냉각튜브(5)의 일단으로 전달되고, 국부적으로 가열된 냉각튜브의 열은 냉각튜브 내부의 액체 냉매로 전달된다. 열을 받아 상승한 냉매는 냉각튜브 내부에서 대류를 하면서 열을 냉각튜브 전체로 빠르게 소산시키고, 냉각튜브 외부 전면에서 열이 외부로 방열된다. 액체 냉매를 매개로 일어나는 대류에 의한 열전달은 고체재료에서 전도에 의한 열전달보다 훨씬 잘 일어나므로, 액체 냉매를 충진한 냉각튜브를 사용한 액체냉각방식의 냉각수단은 통상적인 공냉식 냉각수단에 비하여 엘이디 램프에서 발생한 열을 훨씬 빠르게 소산시키고, 그에 따라 엘이디램프(1)의 온도는 낮은 온도를 유지한다.

본 발명의 엘이디 조명등은 옥외의 옥내외의 각종 조명등으로 이용될 수 있 다.

도 1은 본 발명인 엘이디 조명등이다.

도 2는 엘이디램프 배열 예이다.

도 3은 램프 프레임에 엘이디램프가 결합된 단면도이다.

도 4는 냉각튜브이다.

※ 중요 구성품 번호

1: 엘이디램프, 2 : 램프프레임, 3 : 하부브래킷, 4 : 상부브래킷,

5 : 냉각튜브, 6 : 결속봉, 7 : 전기단자, 8 : 커버.

Claims (5)

1. 일정한 패튼으로 배열된 다수개의 엘이디램프(1);

   일정 두께의 판으로서, 상기 엘이디램프(1)들의 배열위치에 엘이디램프들이 삽입되어 고정되는 램프자리(11)들을 구비하여 각각의 램프자리에 상기 엘이디램프(1)들이 결합되는 램프프레임(2);

   상기 램프프레임(2)에 부착되는 것으로서, 하기 냉각튜브(5)가 결합될 홈과 하기 결속봉(6)이 결합될 나사구멍을 구비한 하부브래킷(3);

   상기 하부브래킷(3)과 일정 간격을 유지하고, 하기 냉각튜브(5)가 결합될 홈과 하기 결속봉(6)이 결합될 구멍을 구비한 있는 상부브래킷(4);

   상기 상부브래킷(3)과 하부브래킷(4) 사이에 다수 개가 결합되는 것으로서, 일정 길이의 금속제 튜브(51)의 내부에 액체 냉매(52)가 충진되어 밀폐된, 냉각튜브(5);

   상기 냉각튜브(5)와 함께 상부브래킷(3)과 하부브래킷(4) 사이에 결합되어 상부브래킷과 하부브래킷을 서로 결속하는 결속봉(6);

   그리고, 상부브래킷에 부착되어 외부와의 전기적 연결을 하게 하는 전기단자(7);

   를 포함하여 구성되는, 엘이디 조명등.
2. 일정한 패튼으로 배열된 다수개의 엘이디램프(1);

   일정 두께의 판으로서, 상기 엘이디램프(1)들의 배열위치에 엘이디램프들이 삽입되어 고정되는 램프자리(11)들을 구비하여 각각의 램프자리에 상기 엘이디램프(1)들이 결합되고, 가장자리에는 하기 냉각튜브(5)가 결합될 홈과 하기 결속봉(6)이 결합될 나사구멍을 구비한 램프프레임(2);

   상기 램프프레임(2)과 일정 간격을 유지하고, 하기 냉각튜브(5)가 결합될 홈과 하기 결속봉(6)이 결합될 구멍을 구비한 상부브래킷(4);

   상기 램프프레임(2)과 하부브래킷(4) 사이에 다수 개가 결합되는 것으로서, 일정 길이의 금속제 튜브(51)의 내부에 액체 냉매(52)가 충진되어 밀폐된, 냉각튜브(5);

   상기 냉각튜브(5)와 함께 상부브래킷(3)과 하부브래킷(4) 사이에 결합되어 상부브래킷과 하부브래킷을 서로 결속하는 결속봉(6);

   그리고, 상부브래킷에 부착되어 외부와의 전기적 연결을 하게 하는 전기단자(7);

   를 포함하여 구성되는, 엘이디 조명등.
3. 제 1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 냉각튜브(5)는 양단에 돌기(53)가 형성된 냉각튜브이고;

   상기 램프프레임(2), 상부브래킷(3), 또는 하부브래킷(4)에는 상기 냉각튜브(5)의 돌기(53)가 결합될 수 있는 홈이 형성된 것들인 것을 특징으로 히는,

   엘이디 조명등.
4. 제 1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 냉각튜브(5)의 튜브 재질은 알루미늄 또는 황동 중의 어느 하나이고;

   상기 램프프레임(2)의 재질은 알루미늄인 것을 특징으로 하는,

   엘이디 조명등.
5. 제 1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 결속봉(6)은 상기 냉각튜브(5)의 양단에 수나사를 형성한 것으로서, 일부의 냉각튜브(5)가 결속봉의 역할을 하는 것을 특징으로 하는,

   엘이디 조명등.

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