KR20130063488A - 제어된 방향성 열 전달을 가지는 조명 어셈블리 - Google Patents

제어된 방향성 열 전달을 가지는 조명 어셈블리 Download PDF

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Abstract

위험한 장소에서 사용하기에 적합한 조명 어셈블리 또는 조명 기구가 제공된다. 일반적으로 조명 기구는 광원 어셈블리, 히트 싱크, 드라이버 하우징이나 기어 모듈, 및 광원 어셈블리 및 히트 싱크 사이에 전도성 실링 부재를 포함한다. 전도성 실링 부재는 적어도 약 6W/mK의 열 전도도 또는 약 0.21℃·in2/W 미만의 열 임피던스를 구비한다. 드라이버 하우징으로 전달되는 열을 최소화하면서 조명 기구는 광원 어셈블리로부터 조명 기구의 외부로 제어된 방향성 열 전달을 구비한다.

Description

제어된 방향성 열 전달을 가지는 조명 어셈블리{LIGHTING ASSEMBLIES HAVING CONTROLLED DIRECTIONAL HEAT TRANSFER}
본 출원은 발광 다이오드(LED) 기반 기술 조명 시스템에 관한 것이고, 보다 상세하게는, 제어된 방향성 열 전달을 구비하는 조명 어셈블리 또는 조명 기구에 관한 것이다.
LED를 사용하는 조명 시스템은 위험 지역 조명, 일반 실내 및 실외 조명, 및 백라이트를 포함하지만 이로 제한되지 않는 다양한 응용 분야에 널리 사용된다. LED를 사용하는 조명 시스템은 백열등과 형광등 광원과 같은 기존의 광원을 사용하는 조명 시스템을 사용하는 것에 비해 더 지속하면서 보다 효율적인 대체 광원이다. 그러나, LED 기반 조명 시스템의 구현은 조명 어셈블리 내에서 열이 축적된 양에 의해 방해되었다. 조명 어셈블리 내에서 열의 축적은 LED의 광 출력을 줄이고 LED의 수명을 단축시키고, 이에 따라 잠재적으로 LED가 조기에 고장나게 할 수 있다.
히트 싱크는 일반적으로 LED 기반 조명 시스템에 사용된다. 히트 싱크는 조명 어셈블리에서 LED로부터 발생된 열을 흡수하고 주변 환경으로 열을 직접 또는 복사적으로 발산하기 위한 경로를 제공한다. 그러나, 히트 싱크를 사용하는 기존의 LED 기반의 조명 시스템은 일반적으로 LED와 히트 싱크 사이에 불량한 열 전달을 가지고 있고 및/또는 LED로부터 인출되는 열은 어셈블리의 드라이버와 같은 열에 민감한 다른 구성 요소로 전송된다.
따라서, 제어된 방향성 열 전달을 구비하는 조명 어셈블리에 대한 필요성이 이 기술 분야에 존재한다.
본 발명은 드라이버 하우징 내 구성 요소로 열 전달을 최소화하면서 광원 어셈블리로부터 조명 기구의 외부로 제어된 열 전달을 제공하는 기능을 갖는 LED 기반 조명 시스템을 제공하는 것에 의해 전술된 필요성을 충족한다.
일 측면에서, 제어된 방향성 열 전달을 갖는 조명 기구는 광원 어셈블리, 히트 싱크, 히트 싱크 및 광원 어셈블리 사이에 위치된 열 가스킷과 같은 전도성 실링 부재, 및 조명 기구를 제어하기 위한 구성 요소를 수용하기 위한 드라이버 하우징을 포함할 수 있다. 전도성 실링 부재는 일반적으로 적어도 약 6W/mK(Watts per meter-Kelvin)의 열 전도도 및/또는 약 0.21℃·in2/W(degree-C inch squared per Watt) 미만의 열 임피던스를 가지고 있다. 광원 어셈블리는 LED의 어레이를 포함할 수 있다. 히트 싱크는 히트 싱크의 중앙 하우징으로부터 연장하는 핀을 포함할 수 있다. 실리콘 가스킷과 같은 비 전도성 또는 반 전도성 실링 부재가 히트 싱크로부터 전달되는 드라이버 하우징으로 열의 양을 최소화하기 위하여 히트 싱크와 드라이버 하우징 사이에 위치될 수 있다. 대안적으로, 도관은 드라이버 하우징과 히트 싱크 사이에 갭을 제공하기 위해 드라이버 하우징과 히트 싱크에 있을 수 있다. 도관은 히트 싱크의 내부로부터 드라이버 하우징의 내부로 통로를 제공한다. 드라이버 하우징은 광원 어셈블리와 히트 싱크로부터 원격 위치에 위치될 수 있으며, 전기 배선에 의해 광원 어셈블리에 전기적으로 연결될 수 있다.
다른 측면에서, 조명 어셈블리는 광원 어셈블리, 히트 싱크 및 상기 히트 싱크와 광원 어셈블리 사이에 위치된 전도성 실링 부재를 포함하는 것으로 정의된다. 전도성 실링 부재는 열 가스킷일 수 있다.
또 다른 측면에서, 조명 기구는 광원 어셈블리, 히트 싱크, 조명 기구를 제어하기 위한 구성 요소를 수용하기 위한 기어 모듈, 및 상기 히트 싱크와 광원 어셈블리 사이에 열 가스킷을 포함하는 것으로 정의된다. 열 가스킷은 일반적으로 적어도 약 6W/mK의 열 전도도 및/또는 약 0.21℃-in2/W 미만의 열 임피던스를 구비한다. 조명 기구는 히트 싱크와 기어 모듈 사이에 위치된 실리콘 가스킷과 같은 비 전도성 또는 반 전도성 실링 부재를 포함할 수 있다. 대안적으로, 조명 기구는 기어 모듈과 히트 싱크 사이에 갭을 제공하는 스페이서를 포함할 수 있다. 기어 모듈은 또한 광원 어셈블리와 히트 싱크로부터 원격지에 위치될 수 있다.
도 1a는 예시적인 실시예에 따라 조명 시스템의 사시도.
도 1b는 예시적인 실시예에 따라 도 1a의 조명 시스템의 분해도.
도 1c는 예시적인 실시예에 따라 도 1a의 조명 시스템의 측단면도.
도 2a는 예시적인 실시예에 따라 다른 조명 시스템의 사시도.
도 2b는 예시적인 실시예에 따라 도 2a의 조명 시스템의 분해도.
본 발명은 제어된 방향성 열 전달 기능을 갖는 LED 기반 기술 조명 시스템을 제공한다. 조명 시스템은 일반적으로 LED 광원 어셈블리, 히트 싱크, 상기 LED 어셈블리 및 히트 싱크 사이에 위치된 전도성 실링 부재, 및 드라이버 하우징을 포함한다. 일반적으로 전도성 실링 부재는 적어도 약 6W/mK의 열 전도도, 약 0.21℃·in2/W 미만의 열 임피던스를 구비하며 및/또는 항복 없이 약 -45℃ 내지 약 200℃의 온도 범위에서 작동할 수 있다. 특정 예시적인 실시예에서, 조명 시스템은 히트 싱크와 드라이버 하우징 사이에 비 전도성 또는 반 전도성 실링 부재를 더 포함한다. 특정 대안적인 예시적인 실시예에서, 조명 시스템은 히트 싱크와 드라이버 하우징 사이에 갭을 포함한다. 조명 시스템은 광원 어셈블리의 표면 온도를 효과적으로 줄이고 제어된 온도 관리를 통해 조명 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 각 도면의 동일한 부분이 동일한 참조 부호로 식별된 첨부 도면을 참조하여 비 제한적인 예시적인 실시예의 이하 상세한 설명에 의해 보다 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1a는 예시적인 실시예에 따라 외부로부터 볼 수 있는 구성 요소를 도시하는 조명 시스템(100)의 사시도이다. 조명 시스템(100)은 기밀 위험 및/또는 산업 지역에서 사용하기에 적합할 수 있다. 조명 시스템(100)은 드라이버 하우징(102), 히트 싱크(104), 및 LED 어셈블리(106)를 포함한다. 특정 실시예에서, 드라이버 하우징(102)은 최대 0.4% 구리를 갖는 413 다이 캐스트 알루미늄 합금으로 제조된다. 드라이버 하우징(102)은 하부 부분(112)에 힌지 연결된 장착 부분(110)을 포함한다. 드라이버 하우징(102)은 드라이버, 배선 및 조명 시스템(100)을 제어하기 위한 다른 구성 요소(미도시)를 내부에 수용한다. 장착 부분(110)은 천장, 기둥, 또는 벽과 같은 표면에 조명 시스템(100)을 장착하도록 구성되어 있다. 장착 부분(110)은 배선(114)이 드라이버 하우징(102) 내 드라이버로부터 외부 전원(미도시)으로 연장할 수 있는 개구(110A)를 포함한다. 드라이버 하우징(102)의 하부 부분(112)은 히트 싱크(104)의 상부 단부(104a)에 고정된다.
히트 싱크(104)는 중앙 하우징(104c)을 포함한다(도 1b 내지 도 1c). 특정 예시적인 실시예에서, 하우징(104c)은 6061-T5 압출된 알루미늄으로 구성되어 있다. 대안적인 실시예에서, 하우징(104c)은 난연 플라스틱 물질로 구성될 수 있다. 히트 싱크(104)는 하우징(104c)으로부터 방사상 외부쪽으로 연장하는 다수의 수직 핀(120)을 구비한. 특정 실시예에서, 핀(120)은 열 전도성 에폭시를 가지고 하우징(104c)에 부착되고 나사(미도시)로 기계적으로 고정된 6061-T5 압출된 알루미늄으로 구성되어 있다. 특정 실시예에서, 열 전도성 에폭시는 중간 점도이고 알루미늄으로 채워져 있는 접합 수지이다. 특정 실시예에서, 나사는 하우징(104c)으로부터 핀(120)으로 전기 전도성을 제공한다. 특정 실시예에서, 나사는 제거된다. 특정 실시예에서, 히트 싱크(104)는 단일 유닛으로 구성되어 있다.
특정 예시적인 실시예에서, 각 핀(120)의 크기는 동일하다. 다른 실시예에서, 핀(120)은 서로 다른 크기를 가질 수 있다. 특정 다른 실시예에서, 핀(120)은 하우징(104c)으로부터 수평으로 외부쪽으로 연장할 수 있다. 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 핀(120)이 히트 싱크(104) 상에 다수의 방법으로 크기 정해지고 배향될 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 히트 싱크(104)의 하부 단부(104b)는 LED 어셈블리(106)의 상부 단부(106a)에 연결된다. LED 어셈블리(106)는 그 위에 적어도 하나의 LED(미도시)를 수용하도록 구성되어 있다. 특정 예시적인 실시예에서, 핀(120)은 드라이버 하우징(102)의 외부 및/또는 LED 어셈블리(106)의 외부와 동일 높이에 있거나 이로부터 리세스되어 있다.
도 1b는 조명 시스템(100)의 구성 요소를 도시하는 분해도이고, 도 1c는 예시적인 실시예에 따라 조명 시스템(100)의 측단면도이다. 조명 시스템(100)은 드라이버 하우징(102), 반 전도성 실링 부재(130), 히트 싱크(104), 전도성 실링 부재(140), LED 어셈블리(106) 및 렌즈(150)를 포함한다. 특정 예시적인 실시예에서, 히트 싱크(104)의 상부 단부(104a)와 하부 단부(104b)는 9각형 형상의 외주(nonagon-shaped perimeter)를 가지고 있다. 반 전도성 실링 부재(130)와 전도성 실링 부재(140)는 히트 싱크(104)의 상부 단부(104a) 및 하부 단부(104b)의 형상에 각각 대응하는 9각형 형상을 구비한다. 유사하게, 드라이버 하우징(102)의 하부 부분(112)은 반 전도성 실링 부재(130)에 대응하는 형상을 가지고 있으며, LED 어셈블리(106)의 상부 단부(106a)는 전도성 실링 부재(140)에 대응하는 형상을 가지고 있다. 특정 대안적인 실시예에서, 히트 싱크(104)의 상부 단부(104a)와 하부 단부(104b)는 원형 형상의 외주를 구비하며, 그리고 반 전도성 실링 부재(130)와 전도성 실링 부재(140)는 또한 원형 형상이다. 다른 실시예에서, 히트 싱크(104)의 상부 단부(104a)는 히트 싱크(104)의 하부 단부(104b)와는 다른 형상을 구비한다. 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 히트 싱크(104)의 상부 단부(104A)와 하부 단부(104b)는 원형, 삼각형, 정사각형 또는 임의의 다른 다각형과 같은 임의의 폐회로 형상(closed circuit shape)일 수 있으며, 그리고 반 전도성 실링 부재(130)와 드라이버 하우징(102)의 하부 부분(112), 및 전도성 실링 부재(140) 및 LED 어셈블리(106)의 상부 단부(106a)는 각각 대응하는 형상을 구비할 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다.
반 전도성 실링 부재(130)는 드라이버 하우징(102)의 하부 부분(112)과 히트 싱크(104)의 상부 단부(104a) 사이에 위치된다. 특정 대안적인 실시예에서, 반 전도성 실링 부재(130)는 비 전도성 실링 부재로 대체된다. 특정 예시적인 실시예에서, 반 전도성 실링 부재(130), 드라이버 하우징(102), 및 히트 싱크(104)는 나사(미도시)와 같은 체결 디바이스(fastening devices)를 사용하여 서로 연결된다. 특정 예시적인 실시예에서, 나사는 비 전도성이다. 특정 대안적인 실시예에서, 나사는 전도성이다. 특정 실시예에서, 반 전도성 실링 부재(130), 드라이버 하우징(102), 및 히트 싱크(104)는 히트 싱크(104)에 드라이버 하우징(102)의 클램핑에 의해 서로 연결된다. 특정 실시예에서, 비 전도성 에폭시는 드라이버 하우징(102)에 히트 싱크(104)를 영구적으로 부착하는 데 사용될 수 있으며, 실링 부재(130)는 제거될 수 있다. 반 전도성 실링 부재(130)는 유해 환경에 직접 노출되는 드라이버 하우징(102) 내에 구성 요소를 보호하기 위하여 드라이버 하우징(102)과 히트 싱크(104) 사이에 환경적 실링을 제공한다. 특정 예시적인 실시예에서, 반 전도성 실링 부재(130)는 실리콘 가스킷이다. 특정 실시예에서, 반 전도성 실링 부재(130)는 네오프렌(Neoprene)™ 고무와 같은 폴리클로로프렌(polychloroprene)으로 구성된 가스킷, 섬유 가스킷, 또는 테플론™ 물질과 같은 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)(PTFE)으로 구성된 가스킷이다.
전도성 실링 부재(140)는 히트 싱크(104)의 하부 단부(104b)와 LED 어셈블리(106)의 상부 단부(106a) 사이에 위치하며, 히트 싱크(104b)의 하부 단부(104b)의 외주와 정렬된다. 특정 예시적인 실시예에서, LED 어셈블리(106)의 상부 단부(106a)는 서로 결합될 때 히트 싱크(104)의 하부 단부(104b)를 둘러싸는 외부 립(106c)을 포함한다. 립(106c)은 물의 침입에 저항성을 증가시키는 미로 실링을 생성하는 기능을 한다. 립(106c)은 또한 LED 어셈블리(106)에 대해 히트 싱크(104)의 조립을 지원할 수 있다. 특정 예시적인 실시예에서, 전도성 실링 부재(140), 히트 싱크(104), 및 LED 어셈블리(106)는 체결 디바이스(미도시)를 사용하여 서로 연결된다. 특정 예시적인 실시예에서, 체결 장치는 전도성 나사이다. 특정 대안적인 실시예에서, 전도성 실링 부재(140), 히트 싱크(104), 및 LED 어셈블리(106)는 접착제를 사용하여 서로 연결된다. 전도성 실링 부재(140)는 LED 어셈블리(106) 내 LED와 구성 요소를 수분과 먼지 뿐만 아니라 유해 환경에 직접 노출로부터 보호하기 위하여 히트 싱크(104)와 LED 어셈블리(106) 사이에 실링을 제공한다. 특정 예시적인 실시예에서, 전도성 실링 부재(140)는 열 가스킷이다. 특정 예시적인 실시예에서, 전도성 실링 부재(140)는 유리 섬유 보강을 갖지 않고 또는 유리 섬유 보강을 갖고 붕소 질화물로 채워진 실리콘 탄성중합체로 제조된다. 특정 예시적인 실시예에서, 전도성 실링 부재(140)는 분쇄된 구리 가스킷입니다. 특정 예시적인 실시예에서, 전도성 실링 부재(140)는 약 6.0W/mK 보다 큰 전도도를 구비하고, 환경적 실링을 유지한다. 일반적으로, 전도성 실링 부재(140)는 더 큰 전도성을 가지고 있으며, 열 그리스 및 열 테이프와 같은 다른 열 실링 부재들이 그러한 것과는 달리 온도와 부식성 분위기에 의해 쉽게 영향을 받지 않는다. 특정 예시적인 실시예에서, 전도성 실링 부재(140)는 약 0.21℃·in2/W 미만의 열 임피던스를 구비한다. 특정 예시적인 실시예에서, 전도성 실링 부재(140)는 적어도 약 0.020inch(인치)의 두께를 구비한다. 특정 예시적인 실시예에서, 전도성 실링 부재(140)는 항복 없이 약 -45℃ 내지 약 200℃의 온도 범위에서 작동할 수 있다.
렌즈(150)는 LED 어셈블리(106)의 하부 단부(106b)에 또는 내에 위치된다. LED 어셈블리(106)에 장착되어 있는 LED(미도시)로부터 생성된 광은 지역을 조명하기 위해 렌즈(150)를 통해 전달될 수 있다. 렌즈(150)는 유해 환경에 직접 노출되는 것으로부터 LED를 보호하는 투명한 폴리비닐 커버 또는 유리 창일 수 있다. 특정 실시예에서, 렌즈(150)는 O-링(152)을 통해 LED 어셈블리(106)와 밀봉되게 결합된다.
LED는 동작시 열을 방출한다. 전도성 실링 부재(140)의 높은 열 전도성으로 인해 열이 능동적으로 LED 어셈블리(106)로부터 전도성 실링 부재(140)를 통해 히트 싱크(104)로 전달되어, 이에 의해 LED 어셈블리(106) 내 전체 온도를 줄이고 잠재적으로 손상가능성이 있는 열로부터 LED를 보호한다. 비 전도성 또는 반 전도성 실링 부재(130)의 존재는 히트 싱크(104)로부터 드라이버 하우징(102)으로 열 전달을 최소화하거나 또는 제거하고, 따라서, 열이 기본적으로 핀(120)을 통해 주변 환경으로 발산된다. 따라서, 드라이버 하우징(102) 내에 수용된 구성 요소는 잠재적으로 손상가능성이 있는 열에 노출되는 것으로부터 보호된다. 비 전도성 또는 반 전도성 실링 부재(130)의 존재는 또한 수분과 먼지의 침입으로부터 내부를 보호할 수 있다.
도 2a는 다른 실시예에 따른 외부로부터 보이는 구성 요소를 도시하는 조명 시스템(200)의 사시도이다. 조명 시스템(200)은 기밀 위험 및/또는 산업 지역에서 사용하기에 적합할 수 있다. 조명 시스템(200)은 기어 모듈(202), 히트 싱크(204), 및 광원 어셈블리(206)를 포함한다. 특정 예시적인 실시예에서, 기어 모듈(202)은 413 다이 캐스트 알루미늄 합금으로 구성되어 있다. 기어 모듈(202)은 조명 시스템 (200)을 제어하기 위해 그 안에 드라이버, 배선 및 다른 구성 요소(미도시)와 같은 제어 기어를 수용한다. 특정 대안적인 실시예에서, 기어 모듈(202) 내 구성 요소는 조명 시스템(200)으로부터 원격에 있으며, 배선에 의해 조명 시스템(200)에 연결된다. 기어 모듈(202)의 하부 부분(202a)은 도관(212), 또는 스페이서의 단부(212a)에 연결된다. 도관(212)의 반대쪽 단부(212b)는 히트 싱크(204)의 상부 단부(204a)에 연결된다. 도관(212)은 히트 싱크(204)의 내부로부터 기어 모듈 (202)의 내부로 통로를 제공한다. 배선(미도시)은 기어 모듈(202) 내 드라이버로부터 도관(212)을 통해 광원 어셈블리(206) 내 광원(미도시)에 후속하여 연결되는 히트 싱크(204)의 내부로 연장할 수 있다. 특정 예시적인 실시예에서, 도관(212)은 알루미늄 스테인리스 강, 페인트칠된 철강, 또는 플라스틱으로 구성되어 있다. 히트 싱크(204)는 내부에 공동(미도시)을 갖는 중앙 하우징(204c)을 포함한다. 특정 실시예에서, 배터리 백업 및/또는 스텝 다운 변압기와 같은 추가적인 조명 구성 요소(미도시)는 히트 싱크(204)의 중앙 하우징(204c)의 공동 내에 수용될 수 있다. 히트 싱크(204)는 하우징(204c)으로부터 방사상 외측으로 연장하는 다수의 수평 핀(220)을 포함한다. 특정 예시적인 실시예에서, 각 수평 핀(220)의 직경은 하우징(204c)의 길이를 따라 달라진다. 예를 들어, 히트 싱크(204)의 상부 단부(204a)에 인접한 핀의 직경이 히트 싱크(204)의 하부 단부(204b)에 근접한 핀보다 더 크다. 대안적인 실시예에서, 각 핀(220)의 크기는 동일하다. 다른 실시예에서, 핀(220)은 하우징(204c)으로부터 외측으로 수직으로 연장할 수 있다. 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 핀(220)이 히트 싱크(204) 위에 다수의 방법으로 크기 정해지고 배향될 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 특정 예시적인 실시예에서, 히트 싱크(204)는 난연 플라스틱 물질로 구성될 수 있다. 히트 싱크(204)의 하부 단부(204b)는 광원 어셈블리(206)의 상부 단부(206a)에 연결된다. 광원 어셈블리(206)는 그 위에 LED와 같은 적어도 하나의 광원을 수용하도록 구성되어 있다.
도 2b는 예시적인 실시예에 따라 조명 시스템(200)의 구성 요소를 도시하는 분해도이다. 조명 시스템(200)은 기어 모듈(202), 도관(212), 히트 싱크(204), 전도성 실링 부재(240), 광원 어셈블리(206) 및 렌즈(250)를 포함한다. 도관(212)은 기어 모듈(202)의 하부 부분(202a)과 히트 싱크(204)의 상부 단부(204a) 사이에 위치되어, 기어 모듈(202)과 히트 싱크(204) 사이에 갭이 생성된다. 이 갭은 공기 흐름을 허용하여 히트 싱크(204)로부터 열을 제거하고 기어 모듈(202)로 전달되는 열을 방지하거나 최소화할 수 있다. 특정 예시적인 실시예에서, 이 갭은 약 1/8인치(in)보다 크다.
전도성 실링 부재(240)는 전도성 실링 부재(240)와 유사하며 그 차이는 물리적 구조에 있다. 전도성 실링 부재(240)는 히트 싱크(204)의 하부 단부(204b)와 광원 어셈블리(206)의 상부 단부(206a) 사이에 위치된다. 특정 예시적인 실시예에서, 히트 싱크(204)의 하부 단부(204b)는 원형 형상의 외주를 구비한다. 전도성 실링 부재(240)는 또한 히트 싱크(104)의 하부 단부(204b)의 형상에 대응하는 원형 형상을 구비한다. 유사하게, 광원 어셈블리(206)의 상부 단부(206a)는 전도성 실링 부재(240)에 대응하는 형상을 구비한다. 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 히트 싱크(204)의 하부 단부(204b)가 임의의 폐회로 형상을 가질 수 있으며, 전도성 실링 부재(240)와 광원 어셈블리(206)의 상부 단부(206a)는 대응하는 형상을 구비할 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 특정 예시적인 실시예에서, 전도성 실링 부재(240), 히트 싱크(204) 및 광원 어셈블리(206)는 체결 디바이스(미도시)를 사용하여 서로 연결된다. 특정 예시적인 실시예에서, 체결 디바이스는 전도성 나사이다. 특정 다른 실시예에서, 히트 싱크(204)와 광원 어셈블리(206)는 클램핑, 나사산 맞물림, 또는 잠금 기능을 구비하는 쿼터턴(quarter turn)에 의해 서로 연결된다. 전도성 실링 부재(240)는 유해 환경에 직접 노출되는 것으로부터 광원 어셈블리(206) 내의 광원과 구성 요소를 보호하기 위하여 히트 싱크(204)와 광원 어셈블리(206) 사이에 실링을 제공한다. 특정 예시적인 실시예에서, 전도성 실링 부재(240)는 유리 섬유 보강을 갖지 않고 또는 유리 섬유 보강을 갖고 붕소 질화물로 채워진 실리콘 탄성중합체로 제조된다. 특정 예시적인 실시예에서, 전도성 실링 부재(240)는 분쇄된 구리 가스킷이다. 특정 예시적인 실시예에서, 전도성 실링 부재(240)는 약 6.0W/mK보다 큰 전도도를 가지고 있으며, 환경적 실링을 유지한다. 일반적으로 전도성 실링 부재(240)는 더 큰 전도성을 가지고 있으며, 열 그리스 및 열 테이프와 같은 다른 열 실링 부재들이 그러한 것과는 달리 온도와 부식성 분위기에 의해 영향을 쉽게 받지 않는다. 특정 예시적인 실시예에서, 전도성 실링 부재(240)는 약 0.21℃·in2/W 미만의 열 임피던스를 구비한다. 특정 예시적인 실시예에서, 전도성 실링 부재(240)는 적어도 약 0.020인치의 두께를 가지고 있다. 특정 예시적인 실시예에서 전도성 실링 부재(240)는 항복 없이 약 -45℃ 내지 약 200℃의 온도 범위에서 작동할 수 있다.
렌즈(250)는 광원 어셈블리(206)의 하부 단부(206b)에 또는 내에 위치된다. 광원 어셈블리(206)에 장착되는 광원(미도시)으로부터 생성된 광은 지역을 조명하기 위해 렌즈(250)를 통해 전달될 수 있다. 렌즈(250)는 유해 환경에 직접 노출되는 것으로부터 LED를 보호하는 투명한 폴리비닐 커버 또는 유리 창일 수 있다. 특정 실시예에서, 렌즈(250)는 O-링(미도시)을 통해 광원 어셈블리(206)와 밀봉되게 맞물린다.
광원은 동작시 열을 방출한다. 전도성 실링 부재(240)의 높은 열 전도성으로 인해 열은 능동적으로 광원 어셈블리(206)로부터 전도성 실링 부재(240)를 통해 히트 싱크(204)로 전달되어, 이에 의해 광원 어셈블리(206) 내 전체 온도를 줄이고, 잠재적으로 손상가능성이 있는 열로부터 광원을 보호한다. 열이 히트 싱크(200)로부터 조명 시스템(200)의 외부로 히트 싱크(204)의 상부 단부(204a)와 핀(220)을 통해 전달된다. 갭(230)의 존재는 히트 싱크(204)로부터 기어 모듈(202)로 전달되는 열의 양을 상당히 감소시키고 및/또는 제거할 수 있다. 따라서 기어 모듈(202) 내에 수용된 구성 요소는 잠재적으로 손상가능성이 있는 열에 노출되는 것으로부터 보호된다.
본 발명의 조명 시스템은 열 관리에 의하여 고유한 안전 품질을 보여준다. 본 발명의 보다 나은 이해를 위해 바람직한 실시예의 이하 예들이 제공된다. 이하의 예는 본 발명의 범위를 제한하거나 한정하는 것으로 결코 해석되어서는 아니된다.
예 1
본 발명의 조명 기구는 UL1598 섹션 16.5.2 및 17.1(2008년 9월 17일자)에 따라 사이클링 레인 및 유전체 저항 테스트(Cycling Rain and Dielectric Withstand testing)를 받았다. 조명 기구는 도 1a 내지 도 1c에 도시되고 이에 대해 설명된 바와 같이 히트 싱크 및 LED 어셈블리 사이에 위치된 열 가스킷과, 드라이버 하우징과 히트 싱크 사이에 위치된 실리콘 가스킷을 포함하였다. 열 가스킷은 6W/mK의 열 전도도와 0.21℃·in2/W의 열 임피던스를 가졌다. 실리콘 가스킷은 0.22W/mK의 열 전도도를 가졌다. 조명 기구는 Inventronics사로부터 상업적으로 이용 가능한 2개의 LED 드라이버(EWC-050S119SS-0021, 50W, 입력 전압/전류 100-240 VAC/0.7A, 50/60Hz, 출력 전압/전류 21-42 VDC/1.19A, UL, CSA, CE, IP67), Bridgelux사로부터 상업적으로 이용가능한 6개의 LED 어레이(BXRA-C1200, 차가운 백색), 및 Cooper Crouse-Hinds사로부터 상업적으로 이용가능한펜던트 마운트 커버(카탈로그 번호 PM2)를 포함하였다.
조명 기구의 내부는 분쇄되었고, 조명 기구는 JM5 기둥 마운트에 조립되고 통기되었다. 사이클링 레인 테스트에서, 3개의 레인 헤드는 조명 기구로부터 약 60인치에 위치되었다. 조명 기구는 1시간 동안 동작되었다. 1시간 후, LED는 턴오프되었고, 물이 조명 기구 위에 5psi(pounds per square inch) 압력으로 레인 헤드로부터 분사되었다. 1시간 반 후, LED가 다시 턴온되었고 물이 2시간 동안 조명 기구 위에 계속 분사되었다. 마지막으로 LED는 턴오프되었고 물이 추가적인 1시간 반 동안 조명 기구 위에 계속 분사되었다. 테스트의 결론에서, 조명 기구는 검사되었고 물이 조명 기구의 분쇄된 내부에서 관찰되지 않았다.
유전체 저항 테스트에서, LED는 조명 기구로부터 단절되었다. 주위 온도는 22℃이었고 상대 습도는 35퍼센트에 있었다. Biddle사로부터 상업적으로 이용 가능한 모델 번호 230425의 하이-팟 테스터(Hi-pot Tester)는 1분 동안 조명 기구에 1480VAC의 전압을 인가했다. 조명 기구는 항복이 발생했는지를 결정하기 위해 아크 형성 여부에 대해 검사되었다. 조명 기구에 있는 구성 요소 전부 사이에 전기적 연속성이 발견되었고, 모든 구성 요소에 항복이 관찰되지 않았다.
예 2
본 발명의 조명 기구에서 열 가스킷의 존재의 환경적 실링 효과가 테스트되었다. 도 1a 내지 도 1c에 도시되고 이에 대해 설명된 바와 같이 히트 싱크와 LED 어셈블리 사이에 위치된 열 가스킷, 및 드라이버 하우징과 히트 싱크 사이에 위치된 실리콘 가스킷을 포함하는 조명 기구가 UL1598A 섹션 16(2005년 6월 17일자)에 따라 마린 호스 테스트(Marine Hose testing)를 받았다. 열 가스킷은 6W/mK의 열 전도도와 0.21℃·in2/W의 열 임피던스를 가졌다. 실리콘 가스킷은 0.22 W/mK의 열 전도도를 가졌다. 조명 기구는 Inventronics에서 상업적으로 이용 가능한 2개의 LED 드라이버(EWC-050S119SS-0021, 50W, 입력 전압/전류 100-240 VAC/0.7A, 50/60Hz, 출력 전압/전류 21-42 VDC/1.19A, UL, CSA, CE, IP67), Bridgelux사로부터 상업적으로 이용 가능한 6개의 LED 어레이(BXRA-C1200, 차가운 백색), 및 Cooper Crouse-Hinds사로부터 상업적으로 이용 가능한 펜던트 마운트 커버(카탈로그 번호 PM2)를 포함했다. 조명 기구의 내부는 분쇄되었고, 조명 기구는 JM5 기둥 마운트에 조립되고 통기되었다. 1인치 직경의 노즐이 조명 기구로부터 약 10피트에 위치되었다. 물 흐름이 15psi와 110갤런/분(gpm: gallons per minute)에서 5분의 지속시간 동안 조명 기구로 향했다. 테스트의 결론에서, 조명 기구가 검사되었고 물이 조명 기구의 분쇄된 내부에서 관찰되지 않았다.
테스트는 유사한 조명 기구에 대해 열 가스킷이 제거된 채 반복되었다. 조명 기구의 내부는 분쇄되었고, 조명 기구는 JM5 기둥 마운트에 조립되고 통기되었다. 1인치 직경의 노즐이 조명 기구로부터 약 10피트에 위치되었다. 물 흐름이 15psi와 110갤런/분(gpm: gallons per minute)에서 5분의 지속시간 동안 조명 기구로 향했다. 테스트의 결론에서, 조명 기구가 검사되었고 물이 히트 싱크와 LED 어셈블리 사이 조명 기구에 들어간 것으로 관찰되었다. 조명 기구에 들어간 양은 약 300밀리리터(mL)로 측정되었다.
따라서 조명 기구에 열 가스킷이 존재하는 것은 히트 싱크와 LED 어셈블리 사이에 환경적 실링을 제공하는 것으로 드러났다.
예 3
온도 테스트가 (i) 가스킷이 없음, (ii) 실리콘 가스킷, 및 (iii) 조명 기구의 히트 싱크와 LED 어셈블리 사이에 위치된 열 가스킷을 사용하여 고정 구성 요소의 온도 차이를 결정하기 위해 조명 기구에 대해 수행되었다. 조명 기구 각각은 Inventronics사로부터 상업적으로 이용 가능한 2개의 LED 드라이버(EWC-050S119SS-0021, 50W, 입력 전압/전류 100-240 VAC/0.7A, 50/60Hz, 출력 전압/전류 21-42 VDC/1.19A, UL, CSA, CE, IP67), Bridgelux사로부터 상업적으로 이용 가능한 6개의 LED 어레이(BXRA-C1200, 차가운 백색), 및 Cooper Crouse-Hinds사로부터 상업적으로 이용 가능한 천장 마운트 커버(카탈로그 번호 CM2)를 포함했다.
히트 싱크와 LED 어셈블리 사이에 Thermagon사로부터 상업적으로 이용 가능한 시리즈 220 MS2423인 열 가스킷을 갖는 조명 기구는 일정한 주변 온도를 유지하기 위한 시설을 갖춘 방에 장착되었다. 열 가스킷은 6W/mK의 열 전도도와 0.21℃·in2/W의 열 임피던스를 가졌다. 실리콘 가스킷은 0.22W/mK의 열 전도도를 가졌다. 조명 기구는 (i) 25℃, (ii) 40℃, 및 (iii) 55℃의 주변 온도를 갖는 환경에서 테스트되었다. 열전대(TC)가 조명 기구 위 다음 위치, 즉 (i) 인접한 제 1 LED, (ii) 인접한 제 2 LED, (iii) 하나의 드라이버 위에, (iv) 다른 드라이버 위에, (v) LED 어셈블리의 내부, (vi) LED 어셈블리의 외부, (vii) 히트 싱크 위 핀의 상부 부분, (viii) 히트 싱크 위 핀의 하부 부분, (ix) 히트 싱크 위 실리콘 가스킷, (x) 렌즈 개스킷에서, (xi) 렌즈 위에, 및 (xii) 렌즈의 다른 부분 위에 위치되었다. 조명 기구는 240V, 90W, 0.46A를 받았으며, 각 열전대에서의 최대 온도는 온도가 안정화된 후에 기록되었다. 테스트는 히트 싱크와 LED 어셈블리 사이에 가스킷을 가지지 않는 조명 기구, 및 히트 싱크와 LED 어셈블리 사이에 Higbee사로부터 상업적으로 이용 가능한 모델 MS1405인 실리콘 가스킷을 갖는 조명 기구에 대해 반복되었다. 온도 테스트의 결과는 아래 표 I에 제시된다.
[표 1] 온도 테스트 결과
Figure pct00001
따라서, 조명 기구에서 열 가스킷의 존재는 히트 싱크와 LED 어셈블리 사이의 환경적 실링을 제공하고 LED 어셈블리로부터 열을 효과적으로 인출하는 것으로 드러났다.
예 4
진동 테스트가 조명 기구 내 구성 요소들이 진동을 견딜 수 있는지를 결정하기 위해 본 발명의 조명 기구에 대해 수행되었다. 조명 기구 각각은 도 1a 내지 도 1c에 도시되고 이에 대해 기술된 바와 같은 히트 싱크와 LED 어셈블리 사이에 위치된 열 가스킷, 드라이버 하우징과 히트 싱크 사이에 위치된 실리콘 가스킷, Inventronics사로부터 상업적으로 이용 가능한 2개의 LED 드라이버(EWC-050S119SS-0021, 50W, 입력 전압/전류 100-240 VAC/0.7A, 50/60Hz, 출력 전압/전류 21-42 VDC/1.19A, UL, CSA, CE, IP67), 및 Bridgelux사로부터 상업적으로 이용 가능한 6개의 LED 어레이(BXRA-C1200, 차가운 백색)를 포함했다. 열 가스킷은 6W/mK의 열 전도도와 0.21℃-in2/W의 열 임피던스를 가졌다. 실리콘 가스킷은 0.22W/mK의 열 전도도를 가졌다. 3개의 조명 기구, 즉 (i) Cooper Crouse-Hinds사로부터 상업적으로 이용가능한 NPT 도관 개구의 ¾를 가지는 펜던트 마운트 커버(pendant mount cover)(카탈로그 번호 CM2)를 가지는 것, (ii) Cooper Crouse-Hinds사로부터 상업적으로 이용가능한 직선 기둥 마운트 커버(카탈로그 번호 PM2)를 가지는 것, 및 (iii) Cooper Crouse-Hinds사로부터 상업적으로 이용 가능한 각도 기둥 마운트 커버(카탈로그 번호 JM2)를 가지는 것이 테스트되었다. 각 조명 기구는 Genrad사로부터 상업적으로 이용 가능한 1531A/4274/4274인 스트로보스코프(stroboscope), Federal사로부터 상업적으로 이용가능한 C81S/N-A/I-29-ETL인 다이얼 지시기, 및 Sper Scientific으사로부터 상업적으로 이용가능한 810030/E3002-2/E3002-2인 타이머/스톱워치를 사용하여 35시간 동안 진동되었다. 테스트의 결론에서, 조명 기구가 검사되었고 인클로저 조인트의 느슨함이 없었고 조명 기구의 구성 요소에 다른 손상이 발생하지 않았다.
따라서, 위의 예는 본 발명의 조명 기구가 위험 지역에서 사용하기에 적합하면서 효과적으로 열 전달의 방향을 제어할 수 있다는 보여준다.
따라서, 본 발명은 본 목적을 수행하고 본 명세서에 내재된 것 뿐만 아니라 언급된 목적과 잇점을 달성하도록 잘 적응되었다. 본 발명은 본 발명의 실시예를 참조하여 도시되고 설명되어 있지만, 이러한 언급은 본 발명에 제한을 의미하는 것이 아니며, 그러한 제한이 추론되어서는 아니된다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명은 본 발명의 잇점을 가지는 형태와 기능에 있어서 상당한 수정, 변형, 및 균등물을 고안할 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 본 발명의 도시되고 설명된 실시예는 단지 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위를 전부 나열한 것이 아니다. 따라서, 본 발명은 모든 측면에서 그 균등물을 포함하여 첨부된 청구범위의 사상 및 범위에 의해서만 제한되도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 조명 기구로서,
    광원을 수용하도록 구성된 광원 어셈블리;
    중앙 하우징과 상기 중앙 하우징으로부터 연장하는 복수의 핀을 구비하며, 상기 중앙 하우징은 제 1 외주를 가지는 제 1 단부와, 제 2 외주를 가지는 제 2 단부를 구비하며, 상기 제 2 외주는 폐회로 형상을 구비하는, 히트 싱크;
    드라이버 하우징; 및
    전도성 실링 부재를 상기 광원 어셈블리와 상기 히트 싱크의 상기 제 2 단부의 상기 제 2 외주 사이에 위치된 전도성 실링 부재
    를 포함하며,
    상기 전도성 실링 부재는 상기 제 2 외주의 형상에 실질적으로 대응하는 형상을 가지며, 상기 전도성 실링 부재는 적어도 약 6W/mK(kelvin)의 열 전도도를 가지고 있고, 상기 전도성 실링 부재는 상기 히트 싱크와 상기 광원 어셈블리 사이에 환경적 실링을 제공하는 것을 특징으로 하는 조명 기구.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 히트 싱크와 상기 드라이버 하우징 사이에 위치되고 상기 히트 싱크와 상기 드라이버 하우징 사이에 환경적 실링을 제공하는 비 전도성 실링 부재 또는 반 전도성 실링 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 기구.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 반 전도성 실링 부재는 실리콘 가스킷인 것을 특징으로 하는 조명 기구.
  4. 제 1 항에 있어서, 제 1 단부와 제 2 단부를 구비하는 도관을 더 포함하며, 상기 제 1 단부는 상기 드라이버 하우징에 연결되고, 상기 제 2 단부는 상기 히트 싱크에 연결되고, 상기 도관은 상기 히트 싱크의 내부로부터 상기 드라이버 하우징의 내부로 통로를 제공하는 것을 특징으로 하는 조명 기구.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 도관의 길이는 약 1/8 인치보다 더 큰 것을 특징으로 하는 조명 기구.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전도성 실링 부재는 유리 섬유 보강을 갖는 붕소 질화물로 채워진 실리콘 탄성중합체, 유리 섬유 보강을 갖지 않는 붕소 질화물로 채워진 실리콘 탄성중합체, 및 분쇄된 구리 가스킷으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 열 가스킷인 것을 특징으로 하는 조명 기구.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 폐회로 형상은 원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 조명 기구.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 드라이버 하우징은 상기 광원 어셈블리와 상기 히트 싱크로부터 원격 위치에 위치되고, 상기 조명 기구의 광원을 제어하기 위한 구성 요소는 상기 광원에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 조명 기구.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 전도성 실링 부재는 약 0.21℃·in2/W 미만의 열 임피던스를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 기구.
  10. 조명 어셈블리로서,
    광원을 수용하도록 구성된 광원 어셈블리;
    중앙 하우징을 구비하며, 상기 중앙 하우징은 상부 단부와 하부 단부를 구비하며, 상기 하부 단부는 제 1 형상을 가지는 외부 외주를 구비하는, 히트 싱크; 및
    상기 광원 어셈블리와 상기 히트 싱크의 하부 단부 사이에 위치된 전도성 실링 부재
    를 포함하며,
    상기 전도성 실링 부재는 상기 제 1 형상에 실질적으로 대응하는 제 2 형상을 구비하며, 상기 전도성 실링 부재는 약 6W/mK 이상의 열 전도도를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 어셈블리.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 전도성 실링 부재는 유리 섬유 보강을 갖는 붕소 질화물로 채워진 실리콘 탄성중합체, 유리 섬유 보강을 갖지 않는 붕소 질화물로 채워진 실리콘 탄성중합체, 및 분쇄된 구리 가스킷으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 열 가스킷인 것을 특징으로 하는 조명 어셈블리.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 전도성 실링 부재는 약 0.21℃·in2/W 미만의 열 전도도를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 어셈블리.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 형상은 원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 조명 어셈블리.
  14. 조명 기구로서,
    광원을 수용하도록 구성된 광원 어셈블리;
    중앙 하우징과, 상기 중앙 하우징으로부터 연장하는 복수의 핀을 구비하는 히트 싱크로서, 상기 중앙 하우징은 상부 단부와 하부 단부를 구비하며, 상기 하부 단부는 제 1 폐회로 형상을 가지는 제 1 외주를 구비하는, 히트 싱크;
    상기 조명 기구의 상기 광원을 제어하기 위한 구성 요소를 수용하도록 구성된 기어 모듈, 및
    상기 광원 어셈블리와 상기 히트 싱크의 하부 단부 사이에 위치된 열 가스킷
    을 포함하며,
    상기 열 가스킷은 상기 전도성 실링 부재는 적어도 약 6W/mK(kelvin)의 열 전도도, 약 0.21℃·in2/W 미만의 열 임피던스, 또는 이들 둘 모두를 구비하며, 상기 열 가스킷은 상기 제 1 폐회로 형상을 구비하며, 상기 열 가스킷은 상기 히트 싱크와 상기 광원 어셈블리 사이에 환경적 실링을 제공하며, 상기 조명 기구는 동작시 상기 열 가스킷이 상기 광원 어셈블리로부터 상기 히트 싱크 쪽으로 열의 전달을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 조명 기구.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 기어 모듈은 제 2 폐회로 형상을 가지는 하부 단부를 구비하며, 상기 중앙 하우징의 상부 단부는 상기 제 2 폐회로 형상을 구비하며, 상기 조명 기구는 상기 기어 모듈의 하부 단부와 상기 히트 싱크의 중앙 하우징의 상부 단부 사이에 위치된 비 전도성 또는 반 전도성 실링 부재를 더 포함하며, 상기 비 전도성 또는 반 전도성 실링 부재는 상기 제 2 폐회로 형상을 구비하며, 상기 비 전도성 또는 반 전도성 실링 부재는 상기 히트 싱크와 상기 기어 모듈 사이에 환경적 실링을 제공하는 것을 특징으로 하는 조명 기구.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 반 전도성 실링 부재는 실리콘 가스킷인 것을 특징으로 하는 조명 기구.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 기어 모듈과 상기 히트 싱크 사이에 위치된 스페이서를 더 포함하며, 상기 스페이서는 상기 기어 모듈과 상기 히트 싱크 사이에 갭을 제공하는 것을 특징으로 하는 조명 기구.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 열 가스킷은 유리 섬유 보강을 갖는 붕소 질화물로 채워진 실리콘 탄성중합체, 유리 섬유 보강을 갖지 않는 붕소 질화물로 채워진 실리콘 탄성중합체, 및 분쇄된 구리 가스킷으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 조명 기구.
  19. 제 14 항에 있어서, 상기 기어 모듈은 상기 광원 어셈블리와 상기 히트 싱크로부터 원격 위치에 위치되고, 상기 조명 기구의 상기 광원을 제어하기 위한 상기 구성 요소는 상기 광원에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 조명 기구.
  20. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 폐회로 형상은 원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 조명 기구.
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