KR20100106729A - Cooling apparutus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 히트파이프를 이용한 LED조명용 냉각장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling device for LED lighting using a heat pipe.
LED는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 전기적인 신호를 적외선 또는 빛으로 변화하여 신호를 보내고 받는데 사용되는 반도체 소자이다. 현재는 가전제품, 리모컨, 전광판, 각종 기기 등에 사용되는데, 다른 발광체에 비해 수명이 길며, 낮은 전압을 사용하는 동시에 소비전력이 적은 장점이 존재한다. 또한 응답속도 및 내 충격성이 우수하다는 장점과 동시에 소 경향화가 가능하다는 장점도 가지고 있다.LED is a semiconductor device used to send and receive signals by converting electrical signals into infrared or light using the characteristics of the compound semiconductor. Currently, it is used in home appliances, remote controllers, electronic signs, and various devices, and has a long life compared to other light emitters, and has a low power consumption while using a low voltage. In addition, it has the advantage of excellent response speed and impact resistance, and at the same time, it has the advantage of small trend.
이러한 LED는 재료(반도체) 종류와 구성물질에 따라 다른 파장의 빛을 조절할 수 있어, 각기 다른 파장의 빛에 따라 신규시장을 창출할 수 있는 기회가 존재한다. 과거에는 주로 녹색, 황색, 적색의 LED를 중심으로 개발 및 제작되었으며, 생산기술의 발달로 소자의 구조를 개선함으로써 밝기가 향상되어 자동차, 메시지 사인, 교통표시기 등에 본격적으로 사용되기 시작하였다.These LEDs can control light of different wavelengths according to the material (semiconductor) type and composition, and there is an opportunity to create a new market according to the light of different wavelengths. In the past, mainly green, yellow, and red LEDs were developed and manufactured, and the development of production technology improved the structure of the device, which improved brightness and began to be used in automobiles, message signs, traffic indicators, etc. in earnest.
그러나 빛의 삼원색이라 할 수 있는 녹색(Green), 적색(Red), 청색(Blue) 중 청색 LED의 개발은 기술적 한계로 인해 미진하였다. 따라서 이러한 청색 LED의 부 족은 제조상의 어려움으로 이어져 현재와 같은 총 천연색(Full color)의 구성이 불가능하였다. 그런데 1990년대 중반 일본의 니치아 화학회사가 고휘도의 청색 LED를 개발·생산함으로써 자연스러운 총 천연색의 표시가 가능하게 되었다. 즉 청색 LED가 적색 및 녹색 LED와 결합하면 모든 발광 다이오드, 반도체 발광소자(light emitting diode)색상을 표시할 수 있어, 긴수명, 고휘도 및 고시각의 특성을 지니는 디스플레이, 교통신호, 전광판 등의 부품으로 이용함으로써 각광을 받고 있다.However, the development of blue LED among green, red and blue, which are the three primary colors of light, is insufficient due to technical limitations. Therefore, the lack of such a blue LED led to manufacturing difficulties, it was impossible to configure the full color as it is today. However, in the mid-1990s, Nichia, a Japanese company, developed and produced high-brightness blue LEDs, enabling natural color display. In other words, when the blue LED is combined with the red and green LEDs, it can display all the light emitting diodes and the light emitting diode colors, and is a component such as a display, a traffic signal, and an electronic signboard having a long life, high brightness and high visual characteristics. It is attracting attention by using.
또한 빛의 삼원색이라고 할 수 있는 적색, 녹색, 청색의 광원을 조합하면 백색(White)의 광원을 만들 수 있으며, 이러한 광원들의 조합에 따라 색을 다향하게 변화시킬 수 있어 새로운 조명창치로의 응용까지 넓어지고 있다. 더욱이 고휘도의 청색 LED를 단독으로 이용한 백색LED 제조의 성공은 고휘도 LED를 조명등에 사용할 수 있게 하였다.In addition, by combining red, green, and blue light sources, which are the three primary colors of light, white light sources can be created, and the color can be changed in various ways according to the combination of these light sources. ought. Moreover, the success of white LED manufacturing using high brightness blue LEDs alone has made it possible to use high brightness LEDs in lighting.
그러나 상기 고휘도 LED 조명등은 고열이 발생하는 문제점이 있다. 발생된 고열을 배출하기위하여 공냉식 방열핀이 설치되지만 냉각효율이 낮아 고휘도 LED 조명등을 충분히 냉각시킬수 없다. 따라서, 공냉식 방열핀을 설치하는 것보다 냉각효율이 높은 히트파이프가 설치된 고휘도 LED 조명등 냉각장치가 개발되었으나 방열핀의 구조상의 문제로 냉각효율이 저하되는 문제점이 있었다.However, the high brightness LED lamp has a problem that high heat occurs. An air-cooled radiating fin is installed to discharge the generated high heat, but the cooling efficiency is low, so the high-brightness LED lamp cannot be cooled sufficiently. Therefore, a high brightness LED lighting device equipped with a heat pipe having a higher cooling efficiency than the air-cooled heat dissipation fin has been developed, but the cooling efficiency is lowered due to a structural problem of the heat dissipation fin.
본 발명의 목적은 히트파이프를 이용한 LED조명용 냉각장치에서 사용되는 방열핀의 구조를 개선, 히트파이프의 축선 방향으로 냉각공기의 유동 통로를 확보하여 고휘도 LED조명모듈에서 발생되는 열을 효과적으로 방출하는데 있다.An object of the present invention is to improve the structure of the heat radiation fin used in the LED lighting cooling device using a heat pipe, to secure the flow passage of the cooling air in the axial direction of the heat pipe to effectively discharge the heat generated in the high-brightness LED lighting module.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 고열을 발생하는 고휘도 LED조명모듈에 장착되어 발생되는 열을 유도하여 방출하는 냉각장치에 있어서, 상기 LED조명모듈에 장착되어 LED조명모듈에서 발생되는 고열을 유도하는 히트파이프와; 상기 LED조명모듈의 고열로 히트파이프의 작동유체가 기화하면 이를 액상으로 전환되기까지의 시간을 단축하기 위해 상기 히트파이프의 외관에 다수개 삽입되어 히트파이프에 유도된 열을 방열하는 방열핀;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 히트파이프를 이용한 LED조명용 냉각장치에 의해 달성된다.An object of the present invention as described above, in the cooling device for inducing and emitting heat generated by being mounted on a high-brightness LED lighting module for generating a high heat, mounted on the LED lighting module to induce high heat generated in the LED lighting module A heat pipe; A heat dissipation fin to radiate heat induced in the heat pipe by inserting a plurality of heat pipes into the exterior of the heat pipe to shorten the time until the heat of the heat pipe vaporizes due to the high temperature of the LED lighting module. It is achieved by a cooling device for LED lighting using a heat pipe, characterized in that.
여기서, 상기 히트파이프의 중간부위는 LED조명모듈에 밀착되게 하고 양측은 LED조명모듈로부터 상향 되게 하며, 상기 방열핀은 방열판과, 상기 방열판의 모서리 부분에 형성되는 각핀부와, 상기 방열핀의 양측에 형성되는 사이드핀부와, 상기 방열핀의 내측에 형성되는 내측핀부 및 관통공이 형성된 버링부로 구성하여, 상기 방열핀을 상향 되게 한 히트파이프의 부위에 다수개 삽입하는 것이 바람직하다.Here, the middle portion of the heat pipe is in close contact with the LED lighting module and both sides are up from the LED lighting module, the heat dissipation fins are formed on both sides of the heat sink, the corner fins formed on the corners of the heat sink, It is preferable that a plurality of side fin portions, an inner fin portion and a burring portion formed with a through hole formed in the inner side of the heat dissipation fin, are inserted into a plurality of portions of the heat pipe in which the heat dissipation fin is raised.
본 발명에 따른 히트파이프를 이용한 LED조명용 냉각장치에 의하면, "U"자형 히트파이프 및 개선된 방열핀으로 인해 LED조명모듈의 단위시간당 열 방출량이 향상되어 고휘도 LED조명의 안정적인 동작을 가능하게 하며, 고휘도 LED조명의 수명이 향상되는 효과가 있다.According to the LED lighting cooling apparatus using the heat pipe according to the present invention, the heat emission amount per unit time of the LED lighting module is improved due to the "U" shaped heat pipe and the improved heat dissipation fin, which enables stable operation of high brightness LED lighting and high brightness. It has the effect of improving the life of LED lighting.
이하, 본 발명의 양호한 실시예를 도시한 첨부도면들을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings showing a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 히트파이프를 이용한 LED조명용 냉각장치는 밀폐용기 내부의 작동유체가 연속적으로 기-액간의 상변화 과정을 통하여 용기 양단 사이에 열을 전달하는 히트파이프와, 상기 히트파이프의 상변화 과정에서 기체-액체로 변화되는 과정을 단축시키는 방열핀을 포함하여 구성되며, 이러한 본 발명은 고열을 발생하는 고휘도 LED조명모듈(50)에 장착되어 LED조명모듈(50)에서 발생되는 열을 유도하고 방출한다.LED lighting cooling device using a heat pipe according to the present invention is a heat pipe that transfers heat between the both ends of the vessel through the phase change process between the gas-liquid continuously operating fluid inside the sealed container, the phase change process of the heat pipe Including the heat dissipation fin to shorten the process to change the gas-liquid, the present invention is mounted on the high-brightness
히트파이프(30)는 도 3에 도시된 바와 같이 대략 "U"자형으로 형성된다. 여기서 히트파이프(30)의 중간부위, 즉 "U"자형으로 볼 때 곡선 부분은 LED조명모듈(50)에 밀착되게 하고, 양측은 LED조명모듈(50)로부터 상향 되게 한다.The
방열핀은 LED조명모듈(50)의 고열로 히트파이프(30)의 작동유체가 기화하면 이를 액상으로 전환되기까지의 시간을 단축하기 위해 상기 히트파이프(30)의 외관에 다수개 삽입되어 히트파이프(30)에 유도된 열을 방열하는 구성으로, 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이 여러 형태로 구성될 수 있다.The heat dissipation fin is inserted into the exterior of the
여기서, 도 4의 방열핀은 판형 방열핀(10)으로서, 방열판(15)과, 상기 방열 판(15)의 모서리 부분에 형성되는 각핀부와, 상기 방열판(15)의 양측에 형성되는 사이드핀부와, 상기 방열판(15)의 내측에 형성되는 내측핀부 및 관통공(11)이 형성된 버링부(16)로 구성되며, 더욱 상세히는 사이드핀부는 방열판(15)의 양측 끝단에서 내측으로 일정길이로 절개하는 것을 방열판(15)의 양측 길이방향을 따라 실시하여 이루어진 절개된 방열판(15)의 각 면을 비틀어서 형성되는 사이드핀(12)의 집합이고, 상기 내측핀부는 방열판(15)의 내측에 폭방향으로 일정길이 절개하는 것을 방열판(15)의 길이방향을 따라 일정간격을 두고 실시하여 이루어진 절개된 방열판(15)의 각 면을 비틀어서 형성되는 내측핀(14)과 통기부(17)의 집합이며, 상기 각핀부는 방열판(15)의 모서리에서 일정한 크기의 면을 절단하여 형성되는 각핀(13)의 집합이다.Here, the heat dissipation fin of Figure 4 is a plate-shaped
사이드핀(12)과 내측핀(14)은 비틀린 각도에 따라 열방출의 효율이 변화될 수 있어 적절한 비틀림 각도를 체크하여 형성한다.The
한편, 도 5의 방열핀은 도 4의 판형 방열핀(10)의 개량형인 개량 판형 방열핀(10')으로서, 판형 방열핀(10)의 구성과 대부분 동일하나 내측핀부 내측핀의 일부는 일정길이 절단되어 확장 통기부(17a')를 형성한 것이 다르다.Meanwhile, the heat dissipation fin of FIG. 5 is an improved plate heat dissipation fin 10 'which is an improved type of the plate
상기 확장 통기부(17a')는 히트파이프(30)로부터 전달되는 열을 효과적으로 방출함과 동시에 LED조명모듈(50)에 전원을 공급하는 전선(미도시)의 경로로도 사용될 수 있다.The
도 6의 방열핀은 원형 방열핀(20)으로서 둘레에는 다수개의 외측핀(22)이 형성되어 있고, 외측핀(22)의 내측으로는 도 4의 판형 방열핀(10)의 내측핀부와 같은 역할을 하는 (24) 및 (27)의 구성이 형성되어 있으며, (24)와 외측핀(22)의 사이에는 판형 방열핀(10)의 관통공(11)이 형성된 버링부(16)(히트파이프와 방열핀의 접촉면적 확보하는 역할)와 같은 역할을 하는 (21),(26)의 구성을 형성하고 있다.The heat dissipation fin of FIG. 6 is a circular
한편, 도 3을 참조하면, LED조명모듈(50)에서 발생되는 열은 히트파이프(30)로 전이된다. 전이된 열은 히트파이프(30)의 액상의 작동유체를 가열하여 기화시키고, 기화된 작동유체는 히트파이프(30)의 상부측으로 상승하다가 방열핀으로부터 열을 빼앗기면 다시 액상으로 변화되어 하강하게 된다. 즉, 히트파이프(30)의 작동유체(31)는 히트파이프(30)의 내부에 표기한 화살표 방향과 같이 순환되는 것인데, 이때 처음에는 기화된 작동유체가 히트파이프(30)의 하측에 있는 첫번째 방열핀에 의해 액상으로 변화되어 하강 되겠지만 시간이 경과하면 히트파이프(30)의 하측으로부터 두번째 방열핀, 세번째 방열핀에 의해 액상으로 변화되어 하강 된다.Meanwhile, referring to FIG. 3, heat generated from the
본 발명에서는 이 과정을 지연시키는 것과, LED조명모듈(50)를 OFF 했을시 방열핀의 냉각 회복속도를 단축시키기 위해 외부 공기가 방열핀의 곳곳을 경유하도록 통기부(17)와, 사이드핀(12)의 사이사이의 공간 및 각핀(13) 사이사이에 공간을 마련한 것이어서, 방열이 효과적이다.In the present invention, in order to delay this process, and to reduce the cooling recovery rate of the heat radiation fins when the
또한, 통기부(17)와, 사이드핀(12)의 사이사이의 공간을 마련하기 위해 사이드핀(12)과 내측핀(14)을 버리는 것이 아닌 이를 비틀어 줌으로써 방열핀의 면적이 줄지 않아 방열핀에 유도될 수 있는 열의 손실이 줄어든다.In addition, by providing a space between the
이상 본 발명이 양호한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications, and variations will readily occur to those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, it should be understood that the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense, and that the true scope of the invention is indicated by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof, .
도 1은 본 발명에 따른 히트파이프를 이용한 LED조명용 냉각장치를 LED조명모듈에 장착한 모습을 나타낸 도면,1 is a view showing a state in which a cooling device for LED lighting using a heat pipe according to the present invention mounted on the LED lighting module,
도 2는 도 1을 다른 각도로 표현한 도면,FIG. 2 is a view showing FIG. 1 at different angles;
도 3은 본 발명에 따른 히트파이프를 이용한 LED조명용 냉각장치의 동작관계를 나타낸 도면,3 is a view showing the operation relationship of the LED lighting cooling device using a heat pipe according to the present invention,
도 4는 본 발명의 요부인 방열핀을 상세히 나타낸 도면,4 is a view showing in detail the heat sink fins that are the main part of the present invention;
도 5는 본 발명의 요부인 방열핀의 다른 예를 나타낸 도면,5 is a view showing another example of the heat dissipation fin that is the main part of the present invention;
도 6은 본 발명의 요부인 방열핀의 또 다른 예를 나타낸 도면.Figure 6 is a view showing another example of the heat radiation fin that is the main part of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
11: 관통공 12: 사이드핀11: through hole 12: side pin
13: 각핀 14: 내측핀13: square pin 14: inner pin
15: 방열판 16: 버링부15: heat sink 16: burring portion
17: 통기부 17a': 확장 통기부17:
30: 히트파이프 50: LED조명모듈30: heat pipe 50: LED lighting module
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