KR20150140186A - 폐공간 내부에 순환팬이 설치된 led 조명장치 - Google Patents

Abstract

본발명은, 내부공기가 외부의 공기와 차단되도록 밀폐된 폐공간이 내부에 형성되고, 그 외부표면이 외부공기와 접촉되도록 형성된 밀폐전구체; 메탈PCB 및 LED 발광소자를 포함하며 상기 밀폐전구체의 상기 폐공간 내에 위치하는 LED모듈; 상기 밀폐전구체의 폐공간 내에 위치하며, 상기 내부공기를 상기 폐공간 내에서만 반복, 순환시켜 상기 LED모듈의 발생열을 상기 폐공간 내 전체로 확산시키는 순환팬; 외부의 전기와 접촉 연결되며 상기 LED모듈 및 상기 순환팬에 전기를 공급하는 전기공급부; 로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

폐공간 내부에 순환팬이 설치된 LED 조명장치{The LED lighting device which the air circulating fan setted in the inside of the closed space}

본 발명은, 냉각장치가 구비된 LED 조명장치에 관한 것이다.

보다 상세하게는 LED에서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위한 대형의 금속 방열판 없이 LED모듈에서 발생하는 열을 폐공간 내의 내부 전체로 1차 확산시키는 순환팬을 이용하는 것으로서, 가볍고 저렴하게 제작이 가능하도록 한 LED 조명장치에 관한 것이다.

일반적으로 LED 조명장치의 방열은 열원에 열전도금속을 연결하고, 열전도금속으로 전달된 열이 외부공기를 통해 방출되게 하기 위해 열전도금속의 일정부분을 외부에 노출시키도록 구성된다.

때로는 열전도금속의 외부형상을 방열핀 형태로 형성해 외부공기 접촉 표면적을 최대한 넓게 되도록 구성하기도 한다.

한편 상기 방열핀에 추가로 회전팬을 구성해 외부 공기를 강제로 공급함으로서, LED모듈 열원의 열을 신속하게 대기 중으로 방출하게 하기도 한다.

하지만, 이와같은 구성에서 전자의 경우 대체적으로 동, 알루미늄, 마그네슘 등 금속체로서 형성하게 되고, LED 출력이 높아질수록 방열을 위한 금속체는 더 크게 되고 그 부피로 인해 무겁고, 비용 또한 높아지게 된다.

후자의 경우에도, 추가된 방열팬의 외부공기의 공급으로 인해 방열핀은 시간이 지남에 따라 먼지 등이 끼이게 되고 냉각 효율이 저하되는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서,

LED에서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위한 대형의 금속 방열판없이 폐공간 내에서 내부 순환팬으로 이용하여 내부공기를 반복, 순환시킴으로 내부 LED모듈에서 발생하는 열을 밀폐된 전구체 폐공간 내부 전체로 1차 확산시키고, 계속하여 폐공간 내의 내부공기로 인해 가열된 밀폐전구체의 열이 그 외부표면과 접촉되는 외부공기를 통해 최종 외부로 방출함으로써, 가볍고 저렴하게 제작할 수 있도록 한 LED 조명장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 폐공간 내부에 순환팬이 설치된 LED 조명장치는,

내부공기가 외부의 공기와 차단되도록 밀폐된 폐공간이 내부에 형성되고, 그 외부표면이 외부공기와 접촉되도록 형성된 밀폐전구체;

메탈PCB 및 LED 발광소자를 포함하며, 상기 밀폐전구체의 상기 폐공간 내에 위치하는 LED모듈;

상기 밀폐전구체의 폐공간 내에 위치하며 상기 내부공기를 상기 폐공간 내에서만 반복, 순환시켜 상기 LED모듈의 발생열을 상기 폐공간 내 전체로 확산시키는 순환팬;

외부의 전기와 접촉 연결되며 상기 LED모듈 및 상기 순환팬에 전기를 공급하는 전기공급부; 를 포함하여 구성된 것을 그 특징으로 한다.

방열을 요하는 LED 조명등의 냉각장치 구성에 있어서,

내부열을 외부로 방출하기 위한 대형의 금속 방열판없이 폐공간 내에서 내부 순환팬으로 내부공기를 반복, 순환시킴으로 내부 LED모듈에서 발생하는 열을 밀폐된 전구체 폐공간 내부공기 전체로 1차 확산시키고, 계속하여 폐공간 내의 내부공기로 인해 가열된 밀폐전구체의 열이 그 외부표면과 접촉되는 외부공기를 통해 최종 외부로 방출함으로써, LED 조명장치를 가볍고 저렴하게 제작할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 폐공간 내부에 순환팬이 설치된 LED 조명장치의 구성을 나타낸 절단사시도.
도 2는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 LED모듈의 메탈PCB에 형성된 마이크로 홀을 확대 도시한 확대도.
도 3은 기존 LED 조명장치의 절단 사시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명에 따른 폐공간 내부에 순환팬이 설치된 LED 조명장치의 구성을 나타낸 절단 사시도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본발명에 따른 폐공간 내부에 순환팬이 설치된 LED 조명장치는, 대략적으로 밀폐전구체(100), LED모듈(200), 순환팬(400), 전기공급부(500)로 구성된 것을 특징으로 하여 도시하고 있다.

상기 밀폐전구체(100)는 우선적으로 그 내부에 폐공간(101)을 형성하여 외부의 공기가 내부로 유입되지 못하도록 밀폐된 구조를 가지고 있다. 이 비어있는 폐공간(101) 안에 공기와 같은 기체가 채워져 있도록 구성되고 상기 내부공기 역시 외부로 나갈 수 없도록 상기 밀폐전구체(100)에 의해 완전히 밀폐되도록 구성된다.

이 상기 밀폐전구체(100)는, 상기 폐공간(101)을 형성함에 있어서, 광방사 방향의 전면커버(100a)와, 광방사 방향 반대측의 후면커버(100b)를 결합하여 구성하여 형성하되, 상기 전면커버(100a)는 일정량의 광통과가 가능한 유리, 플라스틱 중 어느하나이거나, 하나이상 복합적으로 형성될 수 있다. 상기 후면커버(100b) 또한, 유리, 플라스틱, 금속, 세라믹 중 어느 하나로 형성되거나, 하나 이상 복합적으로 형성된 것일 수 있다.

여기에서 기존의 방열체가 두꺼운 메탈블럭(110)의 몸체를 갖는 것에 반하여, 상기 밀폐전구체(100)는 대체적으로 전면커버(100a)와 후면커버(100b)로 구성이 되고 몸체는 비어있는 형태를 갖게 된다.

한편, 상기 밀폐전구체(100)의 공간체적을 포함하는 전체 체적은, 상기 밀폐전구체(100)의 외부표면 전체에서 외부 대기공기와의 자연접촉에 의한 방출 가능한 발열량이 상기 LED모듈에서 발생하는 발열량보다 더 크도록 계산하여 설계된 것이 바람직하다. 이때 외부의 대기공기는 이동성이 없고 정지되어 있는 상태로 가정하여 계산되는 것이 더욱 바람직하다.

계속하여, 상기 LED모듈(200)은 상기 밀폐전구체(100) 내에 고정 위치하고 발광원인 동시에 발열원으로써, 메탈PCB(200b) 및 LED 발광소자(200a)를 포함하며 구성된다. 일반적으로 LED모듈(200)에 열이 정체되면 모듈이 파손되거나 발광효율이 저하됨으로 열을 다른 곳으로 신속하게 방출시켜주어야 한다. 한편 상기 LED모듈(200)은 냉각효율을 높이기 위해 상기 메탈PCB(200b) 상에 1mm 이내의 다수의 마이크로 홀(200c) 혹은 1mm 이내의 마이크로 간격을 갖는 다수의 마이크로 핀, 혹은 1mm 이내의 마이크로 간격을 마이크로 금속 메쉬 중 어느 하나를 형성되거나, 하나 이상의 복합적으로 형성되도록 구성될 수 있다.

이때, 상기 마이크로 홀(200c)은 상기 순환팬(400)의 구동에 의한 상기 내부공기가 통과하도록 상기 메탈PCB(200b) 후면부로부터 상부면까지 완전히 관통하도록 형성한다.

또한, 마이크로 핀을 형성하는 경우에는 메탈PCB(200b) 후면부에 다수로 형성하는 것이 바람직 하다.

또한, 마이크로 금속 메쉬를 사용하는 경우에도 상기 메탈PCB(200b) 후면부에 부착되어 있는 것이 바람직하다.

이러한 마이크로 홀, 핀, 메쉬들은 복합적으로 함께 형성되어 방열 효율을 높이도록 구성될 수도 있다.

계속하여, 상기 순환팬(400)은 상기 밀폐전구체(100)에 내에 위치하며, 상기 LED모듈(200)에서 발생된 열을 상기 전구체 내부로 확산시키는 장치로서, 회전모터(400a)와 회전팬(400b)으로 구성되어, 상기 회전팬에 의해 생성된 바람이 상기 LED모듈 방향으로 향하여 위치하도록 내부에 고정된다.

이 상기 순환팬(400)의 작동으로 상기 내부공기는 상기 밀폐전구체(100) 내를 순환하게 되고 따라서 이 내부공기의 온도는 높아지게 된다. 결과적으로 상기 LED모듈(200)에서 발생한 열은 상기 밀폐전구체(100)내의 내부공기 전체로 확산, 이동하게 된다. 이렇게 내부공기 전체로 확산된 열은 상기 밀폐전구체(100) 내벽에 접촉하게 되므로 밀폐전구체(100) 자체의 온도가 높아지게 되고 상기 밀폐전구체(100) 외부표면을 통하여 접촉되는 외부공기로 최종 방출된다.

이러한 열방출 과정은 기존의 메탈블럭(110)이 LED모듈(200)에서 발생하는 열을 메탈블럭 외부표면까지 1차 확산 하는 과정을 대신하는 것으로서, 상기와 같은 무거운 메탈블럭(110)이 없이도 1차적 열 확산을 수행할 수 있다.

한편, 상기의 마이크로 이내의 단위로 구성된 다수의 마이크로 홀이나 핀들은 상기 순환팬(400)의 내부공기 순환시 방열 표면적을 증가 시킬뿐 아니라, 외부 공기와는 차단된 폐공간(101) 내의 내부공기 순환으므로 외부의 먼지 등이 끼여 오염될 염려가 없고, 영구적이고 지속적으로 초기 냉각 효율을 갖는 상태를 유지할 수 있다.

계속하여, 상기 밀폐전구체(100)의 폐공간(101) 내의 내부공기는, 40%이상의 습도를 가진 공기를 이용하는 것이 바람직하다. 공기의 습도가 높을 수록 잠열 효과가 높으므로 동일한 체적의 공기와 이동속도에서 더욱 많은 열을 이동 확산 시킬 수 있다.

한편, 상기 밀폐전구체(100)의 폐공간(101) 내의 내부공기는, 공기 대신 상기 폐공간(101)을 진공상태로 만든 후 기화점이 낮은 메탄올 등의 기체나 복합 유기 탄화수소화물로서 상온에서 기체상태인 이온성 액체등을 이용할 수도 있을 것이다. 즉 상기 내부공기는 본 발명이 사상적으로 의도하는 넓은 범위의 다양한 기체들이 사용될 수 있을 것이다.

계속하여, 상기 전기공급부(500)는 외부의 전기와 접촉 연결되며 상기 LED모듈(200) 및 상기 순환팬(400)에 전기를 공급하게 된다. 한편, 이 전기공급부(500)는 상기 LED모듈(200) 및 상기 순환팬(400)에 적절한 전류 및 전압이 인가되도록 조정되는 SMPS모듈을 더 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 본 발명에 따른 LED모듈(도2-A)의 메탈PCB에 형성된 마이크로 홀을 확대 도시(도2-B)한 확대도로써, 상기 마이크로 홀(200c)은 상기 LED모듈(200)에서 발생한 열이 상기 순환팬(400)에 의해 순환되는 내부공기의 접촉 면적을 크게하는 효과가 있다. 이 마이크로 홀(200c)의 크기가 작아지고 수가 많아질 수록 내부공기 접촉 표면적은 크게되고, 방열 효과는 증대된다.

여기에서는 외부공기 유입의 염려가 없으므로 내부공기 접촉 표면적을 더욱 넓게 하기 위해서 기술적으로 가능한 범위의 나노미터(nano meter)단위의 홀까지도 형성할 수 있을 것이다.

도 3은 기존 LED 조명의 절단 사시도로써, 메탈블럭(110)으로 인해 LED 조명장치의 몸체가 무거운 것을 시각적으로 알 수 있다.

일반적으로 10W 이내의 조명전구는 대체적으로 큰 메탈블럭(110)이 필요치 않으나 10와트(W) 이상으로 큰 소비전력의 전구들일수록 메탈블럭(110)으로 인해 무겁게 되고 비용 또한 높게 된다. 예를 들어, LED 가로등이나 LED 공장등과 같이 80와트(W)~ 15와트(W)의 고출력 LED 조명장치에서는 그 무게가 8kg에서 20kg에 이르므로 조명장치의 취급이 어렵고 높은 비용은 LED 등기구의 확산에 장애가 되고 있다.

이어서, 도 1 내지 도 2의 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 폐공간 내부에 순환팬이 설치된 LED 조명장치의 전체적 작동을 열의 흐름과 함께 설명하면 다음과 같다.

우선, 상기 전기공급부(500)를 통해 인가된 전기에 의해 상기 LED모듈(200)이 작동되면 상기 LED모듈(200)의 LED(200a)에서 빛이 발광함과 동시에 열이 발생하게 된다. 이렇게 발생된 LED(200a)의 열은 상기 메탈PCB(200b)로 전달되고 이어서 상기 메탈PCB 표면 및 메탈PCB에 형성된 마이크로 홀(200c)의 내벽과 접촉되는 내부공기로 전달된다.

여기에서, 상기 메탈PCB(200b)는 그 체적이, 공간체적을 포함한 상기 밀폐전구체(100)의 체적보다 매우 작으므로 LED에서 발생하는 열을 내부공기와의 자연접촉만으로는 필요한 시간에 모두 내부공기로 전달하기에 부족하다.

이때, 상기 전기공급부(500)를 통해 인가된 전기에 의해 상기 순환팬(400) 역시 함께 작동되고, 따라서 상기 회전팬(400b)의 회전에 의해 가열된 상기 내부공기는 상기 메탈PCB 표면 및 메탈PCB에 형성된 마이크로 홀(200c)을 거쳐 상기 밀폐전구체(100) 내의 폐공간(101) 내에서 순환하게 된다.

따라서, 시간이 흐름에 따라 상기 밀폐전구체(100) 내의 폐공간(101)을 반복, 강제 순환하는 가열된 내부공기에 의해, 상기 LED모듈(200)의 열은 상기 폐공간(101) 내부 전체로 확산되는 결과를 가져온다.

계속하여, 이렇게 폐공간(101) 내 확산된 높은 온도의 내부공기는 상기 밀폐전구체(100)에 내면에 접촉하게 되고, 결과적으로 상기 밀폐전구체(100)의 온도 역시 높아지게 된다. 이와 같은 과정을 거쳐 내부 폐공간(101)에 있는 LED모듈(200)로부터 상기 밀폐전구체(100)로 전달된 열은 상기 밀폐전구체(100)의 외부표면과 자연 접촉되어 있는 외부공기에 전달하게 되어 최종적으로 외부공간으로 방출되게 된다.

상기한 구성에서는, 내부열을 외부로 방출하기 위한 대형의 금속 방열판없이 폐공간 내에서 내부 순환팬으로 내부공기를 반복, 순환시킴으로 내부 LED모듈에서 발생하는 열을 밀폐된 전구체 폐공간의 내부공기 전체로 1차 확산시키고, 계속하여 폐공간 내의 내부공기로 인해 가열된 밀폐전구체의 열이 그 외부표면과 접촉되는 외부공기를 통해 최종 외부로 방출되도록, 열방출구조를 형성한 것이 특징적 구조라 할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바에 따르면, 본 발명의 따른 폐공간 내부에 순환팬이 설치된 LED 조명장치는 가볍고 저렴하게 제작할 수 있다.

100 - 밀폐전구체
100a - 전면커버
100b - 후면커버
101 - 전구체 내부의 폐공간
110 - 메탈블럭
200 - LED모듈
200a - LED
200b - 메탈PCB
200c - 마이크로 홀
300 - 반사판
301 - 내부공기 순환 통로
302 - 후드
400 - 순환팬
400a - 회전모터
400b - 회전팬
500 - 전기공급부

Claims (6)

1. 내부공기가 외부의 공기와 차단되도록 밀폐된 폐공간이 내부에 형성되고, 그 외부표면이 외부공기와 접촉되도록 형성된 밀폐전구체;
   메탈PCB 및 LED 발광소자를 포함하며 상기 밀폐전구체의 상기 폐공간 내에 위치하는 LED모듈;
   상기 밀폐전구체의 폐공간 내에 위치하며, 상기 내부공기를 상기 폐공간 내에서만 반복, 순환시켜 상기 LED모듈의 발생열을 상기 폐공간 내 전체로 확산시키는 순환팬;
   외부의 전기와 접촉 연결되며 상기 LED모듈 및 상기 순환팬에 전기를 공급하는 전기공급부; 로 구성된 것을 특징으로 하는 폐공간 내부에 순환팬이 설치된 LED 조명장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 밀폐전구체는, 상기 폐공간을 형성함에 있어서, 광방사 방향의 전면커버와, 광방사 방향 반대측의 후면커버를 결합하여 구성하되, 상기 전면커버는 일정량의 광통과가 가능한 유리, 플라스틱 중, 상기 후면커버는 유리, 플라스틱, 금속, 세라믹 중 어느 하나로 형성되거나, 하나 이상 복합적으로 형성된 것을 특징으로 하는 폐공간 내부에 순환팬이 설치된 LED 조명장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 밀폐전구체의 공간체적을 포함하는 상기 밀폐전구체의 전체 체적은,
   상기 밀폐전구체 외부표면 전체에서 외부 대기공기와의 자연접촉에 의한 방출 가능한 발열량이 상기 LED모듈에서 발생하는 발열량보다 더 크도록 계산하여 설계된 것을 특징으로 하는 폐공간 내부에 순환팬이 설치된 LED 조명장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 LED모듈은, 상기 순환팬의 구동에 의한 상기 내부공기가 통과하도록 상기 메탈PCB 후면부로부터 상부면까지 완전히 관통하는 1mm 이내의 다수의 마이크로 홀이 형성된 것, 혹은 1mm 이내의 마이크로 간격을 갖는 다수의 마이크로 핀을 상기 메탈PCB 후면부에 형성된 것, 혹은 1mm 이내의 마이크로 간격을 마이크로 금속 메쉬를 메탈PCB 후면부에 형성된 것, 중 어느 하나이거나, 하나 이상의 복합적으로 형성되어 구성된 것을 특징으로 하는 폐공간 내부에 순환팬이 설치된 LED 조명장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 밀폐전구체의 폐공간 내의 내부공기는, 40%이상의 습도를 가진 공기인 것을 특징으로 하는 폐공간 내부에 순환팬이 설치된 LED 조명장치.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 전기공급부는, 상기 LED모듈 및 상기 순환팬에 적절한 전류 및 전압이 인가되도록 조정되는 SMPS모듈을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 폐공간 내부에 순환팬이 설치된 LED 조명장치.
   

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