KR20140034379A

KR20140034379A - 가로등용 엘이디 조명기구

Info

Publication number: KR20140034379A
Application number: KR1020120100010A
Authority: KR
Inventors: 김홍곤
Original assignee: 주식회사 소프트인하드; 주식회사 위일트로닉; 주식회사 디씨아이케이
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2014-03-20

Abstract

본 발명에 따른, 가로등에 특히 적합한 엘이디 조명기구는, 기둥 형상의 프로파일; 상기 프로파일의 주위를 둘러싸며 하방이 열린 구조를 가진 케이스; 상기 프로파일의 중심축을 기준으로 방사상으로 광을 방출하도록 상기 프로파일의 외면에 배치된 다수의 엘이디; 및 상기 프로파일과 상기 케이스 사이에 위치하며, 상기 엘이디들로부터 방출된 광의 경로를 하방으로 변경시켜 상기 엘이디들의 광을 집광시키도록 상기 프로파일의 중심축을 기준으로 방사상으로 배치된 다수의 광로변경수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 엘이디 조명기구는 가로등을 통해 나오는 엘이디 광의 강도를 증가시키고 따라서 광의 도달거리와 조도를 증가시킬 수 있으며, 조명기구의 전체적인 규모를 소형화할 수 있다.

Description

가로등용 엘이디 조명기구{LIGHTING APPARATUS WITH LEDS FOR STREETLIGHT}

본 발명은 엘이디(LED) 조명기구에 관한 것으로서, 조도를 개선시키고 소형화가 가능하며 부가적으로 엘이디에서 발생하는 열을 효율적으로 냉각시킬 수 있는 구조를 가진 조명기구 특히, 가로등용 엘이디 조명기구에 관련된다.

가로등용 조명기구의 광원으로서 통상적으로 메탈할라이드를 비롯한 방전관 방식의 램프가 사용되고 있다. 이들 램프는 소비 전력이 비교적 크고 수명이나 색감에 한계가 있어, 이들을 대체할 수 있는 광원에 대한 개발이 시도되고 있다.

엘이디로 약칭되는 발광다이오드는 다른 광원에 비해 동작수명이 길고 친환경적이고 에너지 효율이 높을 뿐만 아니라 다양한 색감의 빛을 방출할 수 있다는 장점이 있어서, 기존의 광원을 대체할 수 있는 수단으로 주목받고 있다. 최근 엘이디 기술이 발전함에 따라 디스플레이 장치에 적용되어 오던 엘이디가 조명장치로 그 적용 영역이 확대되고 있다. 기존의 엘이디는 휘도가 낮다는 것이 문제점으로 제시되어 왔으나, 고휘도를 제공할 수 있는 1 와트급 이상의 고출력 파워 에이디가 등장함에 따라 엘이디가 가정용 실내등은 물론이고 가로등용 광원으로까지 사용될 수 있게 되었다.

지금까지 제시된 가로등용 엘이디 조명기구는 예컨대 (주)프로맥LED의 가로등용 조명기구 같은 평면 기판에 다수의 엘이디가 그 발광면이 전방을 향하도록 배치되어 있다 (도 1 참조). 그러나 이러한 방식으로는 엘이디 광원의 특성상 광의 도달거리에 한계가 있다. 또한, 일정 수준 이상의 출력을 확보하기 위해서는 다수의 엘이디가 배열되어야 하는데, 종래의 가로등용 엘이디 조명기구는 엘이디들이 평면 기판에 이차원적으로 배열된 구조를 가지므로 엘이디 개수의 증가에 따라 엘이디 모듈의 크기가 증가하게 되어 소형화가 어렵다.

한편, 파워 엘이디는 발광 시 고열이 발생하는데 이러한 발열을 방치하면 엘이디 자체는 물론 각종 회로를 열화시켜 엘이디 조명기구의 수명을 단축시키게 된다. 따라서 엘이디의 장점인 긴 수명을 보증하기 위해서는 엘이디의 방열기술이 엘이디 조명기구의 설계에서 매우 중요한 사항으로 인식된다. 따라서 엘이디의 발열을 효과적으로 처리할 수 있는 방열 메커니즘의 설계가 필요하고, 가능하다면 그러한 발열을 활용하는 방안이 요망된다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 엘이디 광의 도달거리와 조도를 증가시킬 수 있고 동시에 소형화가 가능한 구조를 가진 가로등용 엘이디 조명기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 엘이디 조명기구에 적합한 방열기구 및 이와 연계된 전력발전기를 포함하는 가로등 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른, 가로등에 특히 적합한 엘이디 조명기구는, 기둥 형상의 프로파일; 상기 프로파일의 주위를 둘러싸며 하방이 열린 구조를 가진 케이스; 상기 프로파일의 중심축을 기준으로 방사상으로 광을 방출하도록 상기 프로파일의 외면에 배치된 다수의 엘이디; 및 상기 프로파일과 상기 케이스 사이에 위치하며, 상기 엘이디들로부터 방출된 광의 경로를 하방으로 변경시켜 상기 엘이디들의 광을 집광시키도록 상기 프로파일의 중심축을 기준으로 방사상으로 배치된 다수의 광로변경수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 엘이디 조명기구는 다수의 엘이디의 광을 한 방향으로 집광시키므로, 가로등을 통해 나오는 엘이디 광의 강도가 증가하게 되고 따라서 광의 도달거리와 조도를 증가시킬 수 있다. 또한, 엘이디들과 광로변경수단들을 방사상으로 배치함으로써 조명기구의 구성요소들을 조밀하게 설계할 수 있고 따라서 전체적인 규모를 소형화할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 광로변경수단은 엘이디의 광을 가로등이 조사되는 방향인 조명기구 하방으로 보낼 수 있는 구조를 가진 수단으로서, 바람직하게는 프리즘, 좀더 바람직하게는 전반사프리즘이다.

상기 프로파일은 원기둥 형상일 수 있지만, 엘이디 모듈의 부착 용이성을 위해 예컨대 3각기둥 내지는 8각기둥, 또는 그 이상의 다각기둥 형상인 것이 바람직하다. 상기 본 발명에 있어서, 바람직하게는 엘이디들은 다각기둥 프로파일의 각각의 면에 프로파일의 길이방향을 따라 적어도 1열로 배치된다. 또한, 상기 광로변경수단들은 상기 다각기둥 프로파일의 각각의 면에 대하여 상기 프로파일의 길이방향을 따라 1열로 배치되는 것이 바람직하다.

상기 엘이디들의 발광 시 발생하는 열을 효과적으로 방열시키기 위해서, 상기 프로파일은 열전도성 재료로 형성되고, 상기 프로파일의 내부에는 냉각파이프가 설치된 것이 바람직하다. 상기 냉각파이프에는 냉매가 바람직하게는 외부 컴프레서의 작동에 의해 순환하면서 조명기구를 냉각시키고, 이에 따라 발광소자의 발열로 인해 조명기구 내부 온도가 일정 수준 이상으로 상승하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 있어서, 전술한 엘이디 조명기구를 냉각시키고 이때 발생하는 폐열을 이용하여 발전할 수 있는 가로등 시스템이 제공된다. 상기 가로등 시스템은, 본 발명에 따른 상기 엘이디 조명기구; 열전소자, 가열부 및 방열부를 포함하는 열전발전기; 일측은 상기 엘이디 조명기구의 냉각파이프에 연결되고 타측은 상기 열전발전기의 발열부에 연결되어, 상기 냉각파이프를 냉각시키고 상기 가열부를 가열시키는 냉동컴프레서; 상기 열전발전기에 의해 생성되는 전기에너지를 저장하기 위한 축전지; 상기 엘이디 조명기구, 열전발전기 및 냉동컴프레서에 연결되어 이들의 동작 및 전력을 제어하기 위한 컨트롤러; 및 상기 컨트롤러에 연결된 외부전력;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 엘이디 조명기구의 엘이디들은 보통은 외부전력의 공급에 의해 작동되지만, 엘이디들의 발열을 냉각시키는 과정에서 발생하는 폐열을 이용하여 열전발전기에 의해 생성된 후 축전지에 축적된 전력이 컨트롤러의 제어 하에 비상전력 또는 보조전력으로서 활용될 수 있다.

본 발명의 엘이디 조명기구는, 기둥 형상의 프로파일의 외면에 배치된 개개의 엘이디의 광이 엘이디들의 주변에 제공된 다수의 광로변경수단에 의해 한 방향으로 집광되므로 일정 수준 이상의 조명을 보다 멀리 예컨대, 10~20m까지 도달시킬 수 있을 정도로 높은 출력 광을 얻을 수 있다.

또한, 종래의 반구형 내지는 포물선형의 반사갓 또는 케이스의 사용과 달리, 본 발명에 따른 독특한 구조로 배치된 엘이디들과 광로변경수단들로 인해 폭이 좁은 기둥 형태로 제작이 가능하고, 따라서 종래의 엘이디 조명기구에 비해 매우 콤팩트하게 설계할 수 있다.

또한, 엘이디 소자에서 발생하는 열을 효율적으로 제거하고 이에 따른 폐열을 열전소자를 이용해 발전할 수 있는 구조로 설계함으로써 생성된 전력을 축전지에 의해 저장하고 저장된 전력을 조명기구의 비상전력과 보조전력으로 활용할 수 있다.

상기 엘이디 조명기구는 가로등에 특히 적합하지만, 차량용 전조등, 투사기용 조명, 서치라이트 등에도 적용될 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 가로등용 엘이디 조명기구의 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가로등용 엘이디 조명기구의 횡단면도이다.
도 3은 도 2의 엘이디 조명기구의 종단면도이다.
도 4는 도 2의 엘이디 조명기구에 있어서 개개의 엘이디의 광이 어떻게 집광되는지를 보여주는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가로등용 엘이디 조명기구와 연계된 냉각 및 발전 시스템을 도식적으로 나타낸다.
도 6은 도 5의 블록도이다.

본 발명의 부가적인 양태, 특징 및 이점은 대표적인 실시예의 하기 설명을 포함하고, 그 설명은 수반하는 도면들과 함께 이해되어야 한다. 본 발명의 명확한 이해를 돕기 위해, 각 도면에서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시될 수 있다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니고 도면마다 축적이 다를 수 있다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가로등용 엘이디 조명기구의 횡단면 및 종단면을 기술적 요지가 잘 드러날 수 있도록 간략화하여 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, 상기 조명기구는 육각기둥 형상의 프로파일(10), 상기 프로파일의 외면에 방사상으로 배치된 다수의 엘이디(20), 상기 엘이디 주변에 방사상으로 배치된 다수의 프리즘(30), 상기 프로파일, 엘이디들 및 프리즘을 포함한 조명기구 내부 구성요소들을 둘러싸는 케이스(40), 상기 케이스의 일단에 배치된 투광판(60), 상기 프로파일의 내부에 제공된 냉각파이프(50);를 포함한다.

상기 프로파일(10)은 기본적으로 조명기구의 중심에 위치하고 엘이디들(20)이 특정 방향으로 고정될 수 있도록 지지하는 역할을 하는 지지체이다. 상기 프로파일(10)에는 엘이디들(20)이 바로 실장될 수 있지만, 기판에 엘이디들이 실장되어 있는 엘이디 모듈이 부착될 수 있다. 엘이디 모듈이 부착되는 경우 상기 프로파일은 원기둥 형태보다는 다각기둥 형태인 것이 유리하다.

상기 프로파일(10)은 엘이디(20)의 방열을 위해 열전도성 플라스틱 같이 열전도성이 우수하고 성형이 용이한 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 프로파일(10)의 내부에는 냉각파이프(50)가 설치되고, 이를 통해 예컨대 냉매를 순환시켜 조명기구를 냉각시킴으로써 엘이디의 발광 시 발생하는 조명기구 내부의 온도 상승을 억제할 수 있다.

상기 엘이디들(20)은 바람직하게는 1 와트급 이상의 출력을 가진 파워 엘이디로서, 개개의 엘이디의 출력이나 요구되는 가로등의 조도에 따라 수십 내지는 수백 개가 배치될 수 있다. 이들은 전술한 바와 같이 프로파일(10)의 외면에 실장되거나, 인쇄회로기판에 실장되어 모듈 형태로 프로파일(10)에 부착된다. 어느 경우든 엘이디들(20)은 엘이디들(20)의 광 조사 방향이 광 출력 방향을 향하지 않고 프로파일(10)의 길이방향과 실질적으로 직각이 되게 프로파일(10)에 배치된다. 따라서 엘이디들(20)은 프로파일(10)의 중심축을 기준으로 방사상으로 광을 방출하게 된다.

상기 엘이디들(20)의 주위에는 개개의 엘이디에서 방출되는 광의 경로를 광 출력 방향으로 변환시키기 위한 광로변경수단인 다수의 프리즘(30)이 배치된다. 상기 프리즘들(30)은 프로파일(10)의 중심축을 기준으로 방사상으로 프로파일(10)의 길이방향을 따라 엘이디들(20)과 케이스(40) 사이에 배치된다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 각각의 프리즘(30)의 한 모서리가 이웃하는 프리즘(30)의 한 모서리와 연접하게 배치되는 것이 바람직한데, 프리즘들 사이로 엘이디의 광이 빠져나가는 것을 방지하기 위함이다.

각각의 프리즘(30)은 직각을 이루는 두 면 중 한 면이 엘이디를 향하고 다른 한 면이 광 출력 방향을 향하도록 배치된다. 따라서 개개의 엘이디(20)에서 나온 광은 프리즘(30)의 경사면에 의해 반사되어 광 출력 방향으로 진행하게 되고, 이에 의해 개개의 엘이디(30)의 광이 광 출력 방향으로 집광되어 가로등이 광 출력을 증가시킬 수 있고, 따라서 가로등의 조명을 더 멀리 도달하게 할 수 있는 광선의 세기에 있어서의 증가가 가능해진다.

개개의 엘이디의 광의 집광을 나타내는 도 4를 참조하면, 제1 엘이디(L1)에서 나온 광(L1)은 그 주변에 배치된 제1 프리즘(P1)에 의해 반사되어 적색 화살표 방향으로 향하게 되고, 제1 엘이디(L1)에 이웃한 제2 엘이디(L2)에서 나온 광(L2)은 제2 프리즘(P2)에 의해 반사되어 적색 화살표 방향으로 향하게 되며, 마찬가지로 제3 엘이디(L3)에서 나온 광(L3)은 제3 프리즘(P3)에 의해 반사되어 제1 및 제2 프리즘들(P1, P2)에 의해 반사된 제1 및 제2 엘이디들(L1, L2)의 광과 함께 광 출력 측으로 향하게 된다. 따라서 엘이디의 광이 프리즘을 통과하면서 어느 정도 광학적 손실이 있다고 하더라도, 제3 프리즘(P3)의 광 출력 측 면을 통해 나오는 광은 각각의 엘이디(D1, D2, D3)의 광(L1, L2, L3)이 더해진 세기로 출력된다.

반면, 도시되지 않았지만, 종래의 엘이디 가로등과 같이 동일 개수의 엘이디를 예컨대 하나의 평면 기판에 배치하여 엘이디의 광이 광 출력 측으로 직접 조사되게 할 경우에는 개개의 엘이디의 광이 집광되지 않고 개별적으로 진행하게 된다. 따라서 가로등과 같이 조명되어야 할 대상이 조명으로부터 멀리 있는 경우에는 일정 수준 이상의 조도를 제공하기가 어렵다. 본 발명과 같이 조명기구를 설계할 경우, 기존 방식으로 설계된 엘이디 가로등보다 조명되는 면적은 좁을지라도 집광되는 광선의 세기를 현저하게 증가시킬 수 있으므로, 가로등의 조명기구를 지면으로부터 충분히 높게 설치할 수 있다. 아울러 엘이디들과 프리즘들이 평면으로 배치되지 않고 기둥형상으로 방사상으로 배치되므로 훨씬 콤팩트하게 조명기구를 제작할 수 있고, 이것은 좁은 폭을 가진 가능한 한 소형의 조명기구를 요하는 차량의 전조등이나 빔프로젝터의 조명으로서의 적용을 가능하게 한다

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 조명기구는 조명기구의 외형을 결정하게 되는 케이스(40)를 내부 구성요소들을 둘러싸면서 보호하는 방식으로 포함한다. 전술한 바와 같은 엘이디들(20)과 프리즘들(30)의 배치로 인해, 상기 케이스(40)는 한 쪽이 막힌 기둥 형태나 종모양 같이 너비가 좁은 형태로 제공될 수 있다. 상기 케이스(40)의 광 출력 측에는 예컨대 투명 아크릴판 같은 투광판(60)이 장착되어 엘이디의 출력 광을 투과시키면서 조명기구 내부를 보호한다. 선택적으로, 상기 투광판(60)은 출력 광의 조사각을 조절하기 위해서 렌즈 형태로 제공될 수 있다.

이제 도 5 및 도 6을 참조하여, 전술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 가로등용 엘이디 조명기구와 연계된 냉각 및 발전 시스템을 예시적으로 설명한다. 상기 시스템은 기본적으로 엘이디 조명기구, 열전발전기, 냉동컴프레서, 컨트롤러, 축전기, 외부전력 등으로 구성된다.

상기 냉동컴프레서의 일측은 엘이디 조명기구의 냉각파이프에 연결되고 타측은 열전발전기의 발열부에 연결된다. 상기 조명기구에는 온도센서가 설치되고 이것은 컨트롤러와 연결되어 미리 설정된 수준 이상으로 온도 상승 시 상기 컨트롤러는 상기 냉동컴프레서의 동작을 지시하고 이에 의해 냉매가 순환하면서 일측에서는 조명기구를 냉각시키고 동시에 타측에서는 열전발전기의 열전소자의 고온부를 가열시키게 된다. 즉, 본 발명에 따른 시스템에서, 조명기구의 냉각 시 발생하는 폐열이 열전발전기의 열원으로 활용된다. 열전발전기의 열전소자의 고온부와 저온부의 온도 차를 크게 하기 위해 열전소자의 저온부 측에는 방열판과 팬으로 이루어진 방열부가 제공될 수 있다.

상기 열전발전기에 의해 발전된 전기에너지는 축전기에 저장되고, 이 저장된 전력은 컨트롤러의 제어 하에 주전원인 외부전력을 보조하여 또는 비상전력으로 전체 시스템을 운용하는데 사용된다.

상기 시스템은 선택적으로 모션센서를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 시스템은 평소에는 조명기구들의 조명을 최소 밝기로 (또는 경우에 따라서는 소등된 상태로) 유지하다가, 특정 조명기구로부터 일정 거리 이내로 행인이나 자동차가 접근하는 것으로 모션센서에 의해 감지되면, 컨트롤러는 그 조명기구 또는 그 조명기구와 한 세트로 연계된 조명기구들의 조명을 최대 밝기로 전환시키도록 운용될 수 있다. 통행자가 없을 때에는 에너지 소비와 광 공해를 최소화하면서 조명기구의 존재를 알릴 수 있고, 통행자가 있을 때에는 통행에 적정한 조명을 제공할 수 있다.

비록 본 발명이 대표적인 실시예에 관하여 기술하고 있지만, 상기 실시예는 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자가 본 발명을 이해하고 용이하게 실시하기 위해 본 발명의 바람직한 실시형태를 예시하기 위한 것이지, 본 발명을 제한하는 것으로서 해석되어서는 안 된다. 통상의 기술자는 본 발명의 사상과 목적 범위 내에서 다양한 변경과 수정이 가능함을 인식할 것이고, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 청구항의 모든 범위에서 보호받을 권리가 있음이 이해되어야 한다.

10: 프로파일 20: 엘이디 30: 광로변경수단(프리즘) 40: 케이스 50: 냉각파이프 60: 투광판

Claims

기둥 형상의 프로파일(10);
상기 프로파일(10)의 주위를 둘러싸며 하방이 열린 구조를 가진 케이스(40);
상기 프로파일(10)의 중심축을 기준으로 방사상으로 광을 방출하도록 상기 프로파일의 외면에 배치된 다수의 엘이디(20); 및
상기 프로파일(10)과 상기 케이스(40) 사이에 위치하며, 상기 엘이디들(20)로부터 방출된 광의 경로를 하방으로 변경시켜 상기 엘이디들(20)의 광을 집광시키도록 상기 프로파일(10)의 중심축을 기준으로 방사상으로 배치된 다수의 광로변경수단(30);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 엘이디 조명기구.
청구항 1에 있어서, 상기 광로변경수단(30)은 프리즘인 것을 특징으로 하는 엘이디 조명기구.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 프로파일(10)은 다각기둥 형상인 것을 특징으로 하는 엘이디 조명기구.
청구항 3에 있어서, 상기 엘이디들(20)은 상기 프로파일(10)의 각각의 면에 상기 프로파일(10)의 길이방향을 따라 적어도 1열로 배치되고, 상기 광로변경수단들(30)은 상기 프로파일(10)의 각각의 면에 대하여 상기 프로파일(10)의 길이방향을 따라 1열로 배치된 것을 특징으로 하는 엘이디 조명기구.
청구항 3에 있어서, 상기 엘이디들(20)은 기판의 길이방향을 따라 복수의 엘이디가 적어도 1열로 실장된 엘이디 모듈 형태로 제공되고, 상기 프로파일(10)의 각각의 면에 상기 엘이디 모듈이 부착 또는 결합된 것을 특징으로 하는 엘이디 조명기구.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 프로파일(10)은 열전도성 재료로 형성되고, 상기 프로파일(10)의 내부에는 냉각파이프(50)가 설치된 것을 특징으로 하는 엘이디 조명기구.
청구항 1 또는 청구항 2에 따른 엘이디 조명기구;
열전소자, 가열부 및 방열부를 포함하는 열전발전기;
일측은 상기 엘이디 조명기구의 냉각파이프에 연결되고 타측은 상기 열전발전기의 발열부에 연결되어, 상기 냉각파이프를 냉각시키고 상기 가열부를 가열시키는 냉동컴프레서;
상기 열전발전기에 의해 생성되는 전기에너지를 저장하기 위한 축전지;
상기 엘이디 조명기구, 열전발전기 및 냉동컴프레서에 연결되어 이들의 동작 및 전력을 제어하기 위한 컨트롤러; 및
상기 컨트롤러에 연결된 외부전력;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 가로등 시스템.