KR20110032143A - 엘이디 열원의 재활용시스템 - Google Patents

엘이디 열원의 재활용시스템 Download PDF

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KR20110032143A
KR20110032143A KR1020090089488A KR20090089488A KR20110032143A KR 20110032143 A KR20110032143 A KR 20110032143A KR 1020090089488 A KR1020090089488 A KR 1020090089488A KR 20090089488 A KR20090089488 A KR 20090089488A KR 20110032143 A KR20110032143 A KR 20110032143A
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led lamp
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신무환
장선호
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명지대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 LED 열원의 재활용시스템에 관한 것으로, 복수의 LED 램프가 실장된 LED 기판; 상기 LED 램프에서 발생하는 열을 저장 및 극대화시키는 히트펌프; 상기 LED 램프 각각에 일단이 연결되어 LED 램프에서 발생된 열을 히트펌프로 방출하는 히트컬렉터를 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 LED 열원의 재활용시스템은, LED에서 발생하는 열을 이용하여 실내 온도를 높일 수 있으므로 건물 내부의 난방 효과를 얻을 수 있고, LED에서 발생하는 열을 이용하여 수돗물을 가열시킬 수 있으므로 가열된 수돗물은 온수로서 비데나 기타 필요한 목적으로 사용될 수 있다.
LED, 조명장치, 히트파이프

Description

엘이디 열원의 재활용시스템{recycling system of LED heat source}
본 발명은 LED 열원을 재활용하여 난방, 온수 또는 전력을 제공할 수 있도록 한 LED 열원의 재활용시스템에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode, 발광다이오드)는 반도체의 일종으로서 전압을 가하면 전기에너지가 빛에너지로 변화하여 발광(發光)하는 현상을 이용한 것이다.
이러한 LED를 이용한 조명기구는, 현재 조명기구로 주로 사용되는 백열등 등에 비해 전력소비가 적을 뿐 아니라 다양한 색상의 빛을 구현할 수 있다는 장점이 있다.
반면에, LED 조명기구는 작동시 LED에서 열이 발생하기 때문에 내부의 온도를 장시간 유지하게 되면 LED 조명기구의 수명단축, 컬러의 변화, 조도의 저하를 유발하고, 또한 조명기구의 LED 기판(PCB), 전원공급부(POWER)의 열 발생으로 인한 제기능 상실로 LED 조명기구의 경제성을 현저히 떨어뜨리는 문제점이 있다.
이에 따라, 기존에는 LED로부터 발생하는 열을 효과적으로 방출 또는 냉각시 키는 것이 주요 관심사였으나, 이러한 에너지를 재활용하는 기술은 고려되지 않았다. 하지만 최근의 추세가 건물 전체의 조명시스템이 LED로 바뀌는 점을 고려했을 때 여기서 발생하는 열의 양 또한 무시하지 못할 양이며 이러한 열 에너지를 효과적으로 사용하는 기술이 반드시 필요할 것이다.
본 발명은 이러한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 본 발명의 과제는 LED에서 발생하는 열을 에너지화함으로써 사용자에게 경제성을 부여할 수 있도록 한 LED 열원의 재활용시스템을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 복수의 LED 램프가 실장된 LED 기판; 상기 LED 램프에서 발생하는 열을 저장 및 극대화시키는 히트펌프; 상기 LED 램프 각각에 일단이 연결되어 LED 램프에서 발생된 열을 히트펌프로 방출하는 히트컬렉터를 포함하는 LED 열원의 재활용시스템이 제공된다.
본 발명의 LED 열원의 재활용시스템은 LED에서 발생하는 열을 이용하여 실내 온도를 높일 수 있으므로 건물 내부의 난방 효과를 얻을 수 있고, LED에서 발생하는 열을 이용하여 수돗물을 가열시킬 수 있으므로 가열된 수돗물은 온수로서 비데나 기타 필요한 목적으로 사용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 LED 램프의 내부 열처리로 인한 효율 증대와 경제성을 개선시켜 이산화탄소 절감과 전력비 절감에 기여할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 LED 열원의 재활용시스템에 대한 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참고하여 설명한다.
도 1에는 본 발명의 제1실시예에 의한 LED 열원의 재활용시스템이 적용된 다층구조의 건축물이 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명에 의한 LED 열원의 재활용시스템이 적용된 건축물이 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 본 실시예의 LED 열원의 재활용시스템은 건축물 예컨대, 가정집이나 사무실 등의 천장패널에 LED 기판이 설치되고, 이 LED 기판에는 다수의 LED 램프(100)가 실장된다.
LED 기판은 열전도성이 좋은 금속 예컨대, 알루미늄으로 제조된다. LED 기판의 상면에는 도시하지 않았으나 회로 구성을 위해 절연막 등으로 코팅이 되어 있으며, 다수의 LED(100)가 실장되어 있다.
LED 램프(100)는 전구형태가 아닌 소자 형태로서 LED 기판에 실장되는 타입이며, 그 수량과 형상은 당업자라면 자유롭게 선택이 가능하다. LED(100)는 동작시 열이 발생하며, 이 열은 후술하는 히트컬렉터(300)에 전달된다.
한편, 건물의 측벽에는 LED 램프(100)에서 발생하는 열을 저장 및 극대화시키는 히트펌프(Heat pump)(200)가 적어도 하나 이상 구비되며, 이에 따라서 LED 램프(100)로부터 발생된 열을 효과적으로 히트펌프(200)에 이동시키는 매체가 필요하며, 본 발명에서는 이 매체를 히트컬렉터(heat collector)(300)로 정의한다. 여기서 사용되는 히트컬렉터(300)는 도 2a의 히트파이프(heat pipe)(310), 도 2b의 히 트싱크(heat sink)(320), 도 2c의 히트스프레더(330) 등이 사용될 수 있다. 이러한 히트컬렉터(300)를 사용하여 열을 이송하며 이렇게 이송된 열을 히트펌프(200)에서 극대화하여 이를 난방, 온수로 사용하게 된다. 이를 위해 고효율 히트펌프(200)가 요구된다.
예컨대 히트컬렉터 중 히트파이프를 일예로 설명하면, LED 램프(100) 각각에는 발생된 열을 히트펌프 측으로 방출하는 히트파이프(310)가 연결되고, 히트파이프(310)는 LED 기판과 평행하게 설치되어 LED(100)에서 발생하는 열을 히트펌프로 빠르게 방출하는 역할을 한다. 히트파이프(310)는 그 내부가 빈 중공체로 이루어지고 내부에 메탄올ㆍ아세톤ㆍ물ㆍ수은 등의 휘발성 작동유체가 들어 있으며, 열전도성이 좋은 구리ㆍ스테인리스강ㆍ세라믹스ㆍ텅스텐 등이 사용되어 전체적으로 원기둥형태를 취하며, 내벽에는 다공질의 파이버 등이 사용된다.
히트파이프(310)의 한쪽 끝에 열을 가하면 액체는 증발하여 열에너지를 가지면서 다른 끝으로 이동한다. 히트파이프(310)의 다른 끝에서 방열하고, 속을 지나 본래의 위치로 돌아오는 구조로 되어 있다.
즉, 히트파이프(310)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.
따라서, 본 실시예에 의하면 LED 램프(100)에서 발생된 열이 히트파이프(310)로 전이되고, 그 열은 히트펌프에 저장된 상태에서 겨울철과 같이 난방이 요구되는 경우 그 열량은 극대화되어 실내로 순환됨으로써 효율적인 난방시스템을 구축할 수 있게 된다.
한편 LED 램프의 일측에는 LED 램프로부터 히트컬렉터로 전이된 열을 건축물의 실내에 송풍시키기 위한 송풍팬(도시 생략)이 더 구비되어 실내 난방을 보다 효율적으로 수행할 수 있도록 함이 바람직하다.
한편, 본 실시예에서는 다층으로 이루어진 건축물에 다수의 LED 램프(100)가 각 층의 천장에 설치되며, 각 LED 램프에는 수도탱크(410)나 수도펌프(420)에 연결된 급수파이프가 접촉 구성된다.
그리고 각 급수파이프에는 히트컬렉터가 접촉되도록 설치되어 LED 램프로부터 급수파이프로 전달된 열을 실내로 방출시킬 수 있도록 구성된다.
따라서, 각 층에는 LED 램프에서 발생하여 급수파이프에서 열교환이 이루어져 대류 현상에 의해 상측으로 상승하는 열과, 히트컬렉터에 의해 실내로 유입되는 열에 의해 실내 난방이 이루어지게 된다.
이때, 각 층에는 소정 두께의 단열재가 설치되어 실내 상방으로 대류하는 열 량의 손실을 최소화함이 바람직하다.
한편, 각 급수파이프에는 적어도 하나 이상의 수도꼭지(400)가 연결되어 사용자로 하여금 온수를 사용할 수 있도록 할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 LED 열원의 재활용시스템은 LED에서 발생하는 열을 이용하여 실내 온도를 높이거나 LED에서 발생하는 열을 이용하여 수돗물을 가열시킬 수 있으므로, 건물 내부의 난방 또는/및 온수를 얻을 수 있으며, 이로 인해 LED 램프의 내부 열처리로 인한 효율 증대와 경제성을 개선시켜 LED 램프에서 발생할 수 있는 이산화탄소의 절감과 전력비 절감에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 LED 열원의 재활용시스템을 보인 개략도.
도 2a 내지 도 2c는 각각 본 발명의 LED 열원의 재활용시스템에 적용되는 히트컬렉터를 보인 개략도.
도 3은 본 발명에 의한 LED 열원의 재활용시스템이 적용된 상태를 보인 개략도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 ; LED 110 ; LED 기판
200 ; 히트펌프 300 ; 히트컬렉터
400 ; 수도관

Claims (3)

  1. 복수의 LED 램프가 실장된 LED 기판;
    상기 LED 램프에서 발생하는 열을 저장 및 방출시키는 히트펌프;
    상기 LED 램프 각각에 일단이 연결되어 LED 램프에서 발생된 열을 히트펌프로 방출하는 히트컬렉터를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 열원의 재활용시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 히트컬렉터의 일측에는 수도관이 인접되게 설치되어 히트컬렉터로부터 방출된 열량이 수돗물을 열교환시키는 것을 특징으로 하는 LED 열원의 재활용시스템.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 LED 램프의 일측에 설치되어 LED 램프로부터 히트컬렉터로 전이된 열을 건축물의 실내에 송풍시키기 위한 송풍팬이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 LED 열원의 재활용시스템.
KR1020090089488A 2009-09-22 2009-09-22 엘이디 열원의 재활용시스템 KR20110032143A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200061941A (ko) 2018-11-26 2020-06-03 중앙대학교 산학협력단 중앙 집중형 광 생성장치의 광을 전송하기 위한 광 그리드 시스템

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