KR20100111904A - Ｌｅｄ 조명장치의 방열시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 히트파이프가 구비된 LED 조명장치에 관한 것으로, 적어도 하나 이상의 LED가 실장된 인쇄회로기판; 상기 LED 각각에 일단이 연결되는 방열핀; 상기 각 방열핀의 타단에 연결되어 LED에서 방열핀으로 전이된 열을 외부로 방출하는 히트파이프; 상기 각 히트파이프의 타단에 연결되어 LED로부터 히트파이프로 전이된 열을 냉각시키는 냉각수파이프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 LED 조명장치는 최적의 온도를 순간순간 유지시켜 LED 조명장치 원래의 효율을 극대화시키고, LED 조명장치의 조도저하, 컬러의 변화, 사용시간 단축 또한 등기구 내부장치 수명 단축의 문제점을 해소시켜 LED 조명기구의 조도 효율을 최대한 유지할 수 있다.
LED, 조명장치, 히트파이프

Description

ＬＥＤ 조명장치의 방열시스템{Heat System of LED Lighting Apparatus}
본 발명은 높은 열전도계수를 지니고 있는 히트파이프를 이용하여 조명장치 내부의 열을 외부로 신속하게 이동시켜 LED 조명장치 내부의 온도를 항상 적당하게 유지시킬 수 있도록 한 LED 조명장치의 방열시스템에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode, 발광다이오드)는 반도체의 일종으로서 전압을 가하면 전기에너지가 빛에너지로 변화하여 발광(發光)하는 현상을 이용하는 것이다.
이러한 LED를 이용한 조명기구는, 현재 조명기구로 주로 사용되는 백열등 등에 비해 전력소비가 적을 뿐 아니라 다양한 색상의 빛을 구현할 수 있다는 장점이 있지만, 기존의 LED 조명기구는 작동시 LED에서 발생하는 열을 효과적으로 냉각시키지 못하는 문제가 있다.
즉, 기존의 LED 등기구 내부의 열처리 방식은 아주 서서히 외부로 전달함으로 높은 내부의 온도를 장시간 유지시킴으로 해서 LED 등기구의 수명단축, 컬러의 변화, 조도의 저하를 가져왔고, 또한 등기구의 장치 즉 인쇄회로기판(PCB), 전원공 급부(POWER)의 열 발생으로 인한 제기능 상실로 LED 등기구의 경제성을 현저히 떨어뜨리는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 본 발명의 과제는 등기구의 내부의 열을 LED 자체 조도와 내부 장치에 미치지 못하도록 순식간에 외부로 이동시켜 LED 조명의 조도를 안정적으로 사용하고, 그 효율을 극대화시킴으로써 사용자에게 경제성을 부여할 수 있도록 한 LED 조명장치의 방열시스템을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 인쇄회로기판에 적어도 하나 이상의 LED가 실장된 LED 조명장치에 있어서, 상기 LED 각각에 일단이 연결되는 방열핀; 상기 각 방열핀의 타단에 연결되어 LED로부터 방열핀으로 전이된 열을 외부로 방출하는 히트파이프; 상기 각 히트파이프의 타단에 연결되어 LED로부터 히트파이프로 전이된 열을 냉각시키는 냉각수파이프를 포함하는 LED 조명장치의 방열시스템이 제공된다.
또한, 본 발명의 과제는, 인쇄회로기판에 적어도 하나 이상의 LED가 실장된 LED 조명장치에 있어서, 상기 LED 각각에 일단이 연결되어 LED에서 발생된 열을 외부로 방출하는 히트파이프; 상기 각 히트파이프의 타단에 연결되어 LED로부터 히트파이프로 전이된 열을 냉각시키는 냉각수파이프를 포함하는 LED 조명장치의 방열시스템에 의해서 해결될 수 있다.
또한, 본 발명의 과제는, 인쇄회로기판에 적어도 하나 이상의 LED가 실장된 LED 조명장치에 있어서, 상기 LED 각각에 일단이 연결되어 LED에서 발생된 열을 외부로 방출하는 히트파이프; 상기 LED 조명장치의 일측에 설치되어 LED로부터 발생되어 히트파이프로 전이된 열을 냉각시키는 방열팬을 포함하는 LED 조명장치의 방열시스템에 의해서 해결될 수 있다.
본 발명의 LED 조명장치의 방열시스템은 최적의 온도를 순간순간 유지시켜 LED 조명장치 원래의 효율을 극대화시키고, LED 조명장치의 조도저하, 컬러의 변화, 사용시간 단축 또한 등기구 내부장치 수명 단축의 문제점을 해소시켜 LED 조명기구의 조도 효율을 최대한 유지할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 히트파이프가 구비된 LED 조명장치의 방열시스템에 대한 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참고하여 설명한다. 이때, 본 발명의 제1, 제2, 제3 및 제4실시예에서 동일하거나 유사한 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 부여한다.
도 1 및 도 2에는 본 발명의 제1실시예에 의한 LED 조명장치가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 본 실시예의 LED 조명장치는 복수의 LED가 실장된 인쇄회로기판(10), LED(20) 각각에 일단이 연결되는 방열핀(30), 각 방열핀(30)의 타단에 연결되어 LED(20)에서 방열핀(30)으로 전이된 열을 외부로 방출하는 히트파이프(40)를 포함한다. 또한, 각 히트파이프(40)의 끝단에는 LED(20)로부터 히트파이프(40)로 전이된 열을 신속하게 냉각시키기 위해서 냉각수파이프(50)가 더 연결된다. 냉각수파이프(50)는 통상의 수도파이프가 사용될 수 있으며, 히트파이프(40)로부터 열교환된 수도파이프의 물은 가정 등에서 온수로 사용할 수 있으므로 에너지 절감효과를 기대할 수 있다.
LED(20)는 전구형태가 아닌 소자 형태로서 인쇄회로기판(10)에 실장되는 타입이며, 그 수량과 형상은 당업자라면 자유롭게 선택이 가능하다. LED(20)는 동작시 열이 발생하며, 이 열은 히트파이프(40)에 전달된다.
인쇄회로기판(10)은 열전도성이 좋은 금속 예컨대, 알루미늄으로 제조된다. 인쇄회로기판(10)의 상면에는 도시하지 않았으나 회로 구성을 위해 절연막 등으로 코팅이 되어 있으며, 다수의 LED(20)가 실장되어 있다.
히트파이프(40)는 인쇄회로기판(10)과 평행하게 설치되어 LED(20)에서 발생하는 열을 외부로 빠르게 방출하는 역할을 한다. 히트파이프(40)는 그 내부가 빈 중공체로 이루어지고 내부에 메탄올, 아세톤, 물, 수은 등의 휘발성 작동유체가 들어 있으며, 열전도성이 좋은 구리ㆍ스테인리스강ㆍ세라믹스ㆍ텅스텐 등이 사용되어 전체적으로 원기둥형태를 취하며, 내벽에는 다공질의 파이버 등이 사용된다.
히트파이프(40)의 한쪽 끝에 열을 가하면 액체는 증발하여 열에너지를 가지면서 다른 끝으로 이동한다. 히트파이프(40)의 다른 끝에서 방열하고, 속을 지나 본래의 위치로 돌아오는 구조로 되어 있다.
즉, 히트파이프(40)의 증발부에 열이 가해지면 외벽을 통한 열전도에 의해 열이 전달되고, 높은 압력의 용기 내부는 아주 작은 온도에서는 위크(wick) 표면에서는 증발을 일으키고 증발부의 증기영역은 증기 밀도와 압력을 증가시키게 되어 중심부 증기 통로에는 상대적으로 밀도와 압력이 낮은 응축부 방향으로 압력 구배가 생성되어 이동하게 된다. 이때 증발잠열 만큼의 많은 양의 열을 가지고 이동하게 된다.
응축부의 증기는 상대적으로 낮은 온도의 응축부 내벽에서 냉각되어 열을 방출하고 액체 상태로 회귀하게 된다. 액체 상태의 작동유체는 위크 내부의 기공을 통하여 위크의 모세압 또는 중력에 의해 증발부 쪽으로 귀환하게 된다.
도 3 및 도 4에는 본 발명의 제2실시예에 의한 LED 조명장치가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 본 실시예의 LED 조명장치는 복수의 LED(20)가 실장된 인쇄회로기판(10), LED(20) 각각에 일단이 연결되어 LED(20)에서 발생된 열을 외부로 방출하는 히트파이프(40); 각 히트파이프(40)의 타단에 연결되어 LED(20)로부터 히트파이프(40)로 전이된 열을 냉각시키는 냉각수파이프(50)를 포함한다.
본 발명의 제2실시예는 LED(20) 일측면에 방열핀(30)이 부착된 제1실시예와는 다르게 LED(20) 일측면에 바로 히트파이프(40)를 부착하여 구성된다. 즉, 방열핀(30)보다 방열 효과가 뛰어난 히트파이프(40)를 직접 사용함으로써 방열핀(30)이라는 중단단계를 없애고 보다 뛰어난 방열 효과를 유도하게 된다.
이때, 본 실시예에서도 제1실시예와 마찬가지로 히트파이프(40)의 사이로 수돗물을 흐르게 함으로써 제1실시예에서 제시한 신속한 방열효과를 기대할 수 있다.
도 5 및 도 6에는 본 발명의 제3실시예에 의한 LED 조명장치가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 LED(20)의 일측면에 판형의 히트파이프(40)를 부착함으로써, 히트파이프(40)를 히트스프레더(heat spreader)로 사용하게 된다. 본 실시예에서도 제1 및 제2실시예와 마찬가지로 히트파이프(40)의 종단에는 수돗물을 흐르게 하여 보다 나은 방열효과를 유도한다.
이와 같이 본 발명의 제1, 제2 및 제3실시예에 의한 LED 조명장치에 의하면, 히트파이프(40)와 냉각수파이프(50)를 이용하여 LED(20)에서 발생하는 열을 빠르고 효과적으로 냉각시키는 것이 가능하다. 냉각능력이 증가됨에 따라, LED를 종래의 제품보다 많은 수를 구비할 수 있게 되어 더욱 밝은 조명조립체를 구현할 수 있게 된다. 또한, 냉각이 효과적으로 이루어지게 되면 그렇지 못할 경우보다 LED의 수명이 늘어나는 효과도 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명의 히트파이프 방열방식은 최적의 온도를 순간순간 유지시켜 LED 조명장치 원래의 효율을 극대화시키고 LED 조명장치의 내부 열처리로 인한 효율증대와 경제성을 개선시켜 이산화탄소 절감과 전력비 절감을 유도할 수 있다.
도 7 및 도 8에는 본 발명의 제4실시예에 의한 LED 조명장치가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 본 실시예의 LED 조명장치는 복수의 LED(20)가 실장된 인쇄회로기판(10), LED(20) 각각에 일단이 연결되어 LED(20)에서 발생된 열을 외부로 방출하는 히트파이프(40), LED 조명장치의 일측에 설치되어 LED(20)로부터 히트파이프(40)로 전이된 열을 냉각시키는 방열팬(60)을 포함한다.
즉, 본 실시예에서는 LED(20)에서 발생된 열이 히트파이프(40)로 전이된 상태에서 히트파이프를 냉각하기 위한 수단으로서, 냉각수파이프 대신 방열팬(60)을 적용한 것이다. 따라서, 도 8과 같이 LED 조명장치를 실내의 천장패널에 설치할 경우 겨울철과 같이 난방이 요구되는 경우 히트파이프의 열량은 방열팬(60)에 의해 실내로 순환되어 효율적인 난방시스템을 구축할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명은 별도의 동력 없이 신속한 열전도성을 가진 히트파이프 방열 방식으로서, 내부의 열을 외부로 이동시키는 매개체 즉, 히트파이프를 사용하여 내부의 온도를 외부온도 만큼 전환시킴으로써 LED 조명장치의 내부 온도를 정상적으로 순간순간 유지시켜 LED 조명장치의 조도저하, 컬러의 변화, 사용 시간 단축, 조명장치 내부의 인쇄회로기판, 전원공급부 등의 수명 단축을 방지할 수 있다.
도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 제1실시예에 의한 LED 조명장치의 방열시스템을 보인 측면도 및 평면도.
도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 제2실시예에 의한 LED 조명장치의 방열시스템을 보인 측면도 및 평면도.
도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 제3실시예에 의한 LED 조명장치의 방열시스템을 보인 측면도 및 평면도.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제4실시예에 의한 LED 조명장치의 방열시스템을 보인 측면도 및 사용상태도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 ; 인쇄회로기판 20 ; LED
30 ; 방열핀 40 ; 히트파이프
50 ; 냉각수파이프 60 ; 방열팬

Claims (4)

  1. 인쇄회로기판에 적어도 하나 이상의 LED가 실장된 LED 조명장치에 있어서,
    상기 LED 각각에 일단이 연결되는 방열핀;
    상기 각 방열핀의 타단에 연결되어 LED로부터 방열핀으로 전이된 열을 외부로 방출하는 히트파이프;
    상기 히트파이프의 일측에 연결되어 LED로부터 히트파이프로 전이된 열을 냉각시키는 냉각수파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치의 방열시스템.
  2. 인쇄회로기판에 적어도 하나 이상의 LED가 실장된 LED 조명장치에 있어서,
    상기 LED 각각에 일단이 연결되어 LED에서 발생된 열을 외부로 방출하는 히트파이프;
    상기 각 히트파이프의 타단에 연결되어 LED로부터 히트파이프로 전이된 열을 냉각시키는 냉각수파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치의 방열시스템.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 냉각수파이프는 수도파이프인 것을 특징으로 하는 LED 조명장치의 방열시스템.
  4. 인쇄회로기판에 적어도 하나 이상의 LED가 실장된 LED 조명장치에 있어서,
    상기 LED 각각에 일단이 연결되어 LED에서 발생된 열을 외부로 방출하는 히트파이프;
    상기 LED 조명장치의 일측에 설치되어 LED로부터 발생되어 히트파이프로 전이된 열을 냉각시키는 방열팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치의 방열시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102121597A (zh) * 2010-12-30 2011-07-13 翁栋彬 一种具有快速导热散热装置led灯
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