KR20160116207A - 열교환유체를 이용한 엘이디 광원체의 냉각장치 - Google Patents

열교환유체를 이용한 엘이디 광원체의 냉각장치 Download PDF

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Abstract

엘이디 광원체의 냉각장치가 개시된다. 더욱 상세하게는 엘이디 광원체에서 발생하는 열을 순환 가능한 열교환유체와 복수의 방열기구체를 이용하여 소자 외부에 효과적으로 방열하는 열교환유체를 이용한 엘이디 광원체의 냉각장치에 관한 것이다.
본 발명의 열교환유체를 이용한 엘이디 광원체의 냉각장치는 복수의 방열기구체를 사용하기 때문에, 엘이디 광원체에 집중되던 무게, 크기 및 면적의 분산이 가능한 효과가 있다.
또한 본 발명은 열교환유체로 물을 사용하기 때문에, 비용이 절감되고 편의성이 상승되는 효과가 있다.
또한 본 발명의 복수개의 방열기구체가 서로 분리 가능하게 설치될 수 있기 때문에, 설치 장소의 선택성이 보다 용이해지는 효과가 있다.

Description

열교환유체를 이용한 엘이디 광원체의 냉각장치{COOLING APPARATUS OF LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE USING LIQUID EXCHANGING HEAT}
본 발명은 엘이디 광원체의 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엘이디 광원체에서 발생하는 열을 순환 가능한 열교환유체와 복수의 방열기구체를 이용하여 소자 외부에 효과적으로 방열하는 열교환유체를 이용한 엘이디 광원체의 냉각장치에 관한 것이다.
일반적으로 발광다이오드인 엘이디(LED : Light Emitting Diode)는 기존의 형광등, 백열등과 같은 광원에 비하여 소형이고, 수명이 길뿐만 아니라 전기에너지가 빛에너지로 직접 변환되기 때문에 전력소모가 적어 에너지효율이 높고, 높은 광휘도를 가지며, 빠른 응답특성을 가짐과 동시에 유해물질이 발생하지 않는 친환경 적인 소자임에 따라 프로젝터, 프로젝션, 영상광고판 등과 같은 디스플레이장치의 광원이나 고휘도 투광기의 광원에 적용하여 각광받고 있다.
이러한 장치의 광원으로 사용되는 엘이디는 장수명, 저소비전력의 장점이 있지만 작동시 높은 발열 특성으로 인해 동작온도의 적절한 유지가 어렵고, 색의 변형 뿐만 아니라 수명이 단축되는 단점이 있음에 따라 엘이디 동작시 발생되는 열을 효과적으로 외부로 방출시키는 방열장치가 필수적으로 요구된다.
대한민국등록특허공보 제10-1043656(2011. 06. 22)호에는 기판 배면에 냉각자켓이 배치되는 고출력 엘이디에 의해 발생하는 열에 대한 액체냉각장치가 개시되어 있다.
그러나, 이러한 종래기술은 엘이디 광원체에서 무게가 무겁고 크기가 큰 냉각자켓이 광원에 직접 부착되어 있기 때문에, 액체냉각장치의 면적과 무게에 따른 비용이 증가하고 설치에 문제점이 있다.
또한, 엘이디 광원체의 기판 배면에 대형 냉각장치가 배치되기 때문에 전봇대와 같은 원형의 물체에 엘이디 광원체를 부착할 수 없어 설치 장소의 제약이 따른다는 문제점이 있었다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 엘이디 광원체에서 발생하는 열을 순환 가능한 열교환유체와 복수의 방열기구체를 이용하여 소자 외부에 효과적으로 방열하는 열교환유체를 이용한 엘이디 광원체의 냉각장치를 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 열교환유체를 이용한 엘이디 광원체의 냉각장치를 제공한다. 이는 각각의 COB LED의 기판 배면 일부에 부착되는 결합부재, 결합부재에 의해 기판 배면에 배치되는 제1방열기구체, 제1방열기구체 내부에 배치되는 액체순환튜브에 의해 연통되게 연결되는 제2방열기구체, 액체순환튜브 내부에 채워지며 COB LED로부터 방출되는 열을 흡수하기 위해 순환되어지는 열교환유체, 제2방열기구체 표면에 구비되어 열교환유체를 저장하기 위한 저장 탱크 및 저장 탱크 내부에 구비되어 열교환유체를 순환시키기 위한 액체순환펌프를 구비하는 것을 특징으로 한다.
액체순환튜브 및 제2방열기구체의 일부에 하나 이상의 홀이 구비되고 홀을 통해 액체순환튜브와 저장 탱크 간 열교환유체가 출입 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다.
저장 탱크는 외부로부터 열교환유체를 공급 받을 수 있고, 액체순환펌프에 전원을 인가하기 위해 하나 이상의 홀을 구비하는 것을 특징으로 한다.
광원체에 인가되는 전원을 차단시키는 바이메탈 스위치가 제2방열기구체 상에 구비되는 것을 특징으로 한다.
제1방열기구체 및 제2방열기구체 중 어느 하나 이상은 요철 구조로 형성되어 열 교환 면적을 크게 확보할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 한다.
제1방열기구체 및 제2방열기구체 중 어느 하나 이상은 액체순환튜브 일부의 표면에 방사상으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
열교환유체는 물을 포함하고, 열교환유체는 부동액을 물에 소정 비율로 혼합한 것을 특징으로 한다.
결합부재는 열전도 양면 테이프 또는 COB LED 광원체와 제1방열기구체 일부의 홀에 고정부재가 삽입되는 것을 특징으로 한다.
열전도 양면 테이프는 COB LED 광원체에서 각각의 LED 광원에 대응되는 기판 배면에 부착되는 것을 특징으로 한다.
고정부재는 나사를 포함하며, COB LED 광원체에서 각각의 LED 광원에 대응되는 기판 배면에 서멀 그리스(thermal grease)가 도포되는 것을 특징으로 한다.
제1방열기구체 및 제2방열기구체는 액체순환튜브로부터 분리 가능하고, 서로 동일한 형상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 열교환유체를 이용한 엘이디 광원체의 냉각장치는 복수의 방열기구체를 사용하기 때문에, 엘이디 광원체에 집중되던 무게, 크기 및 면적의 분산이 가능한 효과가 있다.
또한 본 발명은 열교환유체로 물을 사용하기 때문에, 비용이 절감되고 편의성이 상승되는 효과가 있다.
또한 본 발명의 복수개의 방열기구체가 서로 분리 가능하게 설치될 수 있기 때문에, 설치 장소의 선택성이 보다 용이해지는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환유체를 이용한 엘이디 광원체의 냉각장치의 사시도,
도 2는 열교환유체를 이용한 엘이디 광원체의 냉각장치에서 방열기구체의 단면도,
도 3은 열교환유체를 이용한 엘이디 광원체의 냉각장치의 액체순환튜브를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 이실시예에 따른 열교환유체를 이용한 엘이디 광원체의 냉각장치의 사시도 및
도 5는 본 발명의 저장 탱크 및 액체순환펌프를 나타낸 것이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 열교환유체를 이용한 엘이디 광원체의 냉각장치가 제공된다. 이는 각각의 COB LED의 기판 배면 일부에 부착되는 결합부재(미도시), 결합부재에 의해 기판 배면에 배치되는 제1방열기구체, 제1방열기구체 내부에 배치되는 액체순환튜브에 의해 연통되게 연결되는 제2방열기구체, 액체순환튜브 내부에 채워지며 COB LED로부터 방출되는 열을 흡수하기 위해 순환되어지는 열교환유체, 제2방열기구체 표면에 구비되어 열교환유체를 저장하기 위한 저장 탱크(미도시) 및 저장 탱크 내부에 구비되어 열교환유체를 순환시키기 위한 액체순환펌프(미도시)를 구비하는 것을 특징으로 한다. COB LED는 하나 당 30W의 출력을 가지고, 엘이디 광원체 전면의 투명 렌즈 내부에 배치되는 것일 수 있으나, 엘이디 광원체의 출력은 다양하게 변동될 수 있다.
엘이디 광원체에서 발생한 열은 COB LED 기판 배면에 배치되는 제1방열기구체로 전도된다.
또한, 제1방열기구체 및 제2방열기구체는 액체순환튜브로부터 분리 가능하고, 서로 동일한 형상을 가질 수 있다. 따라서 제1방열기구체와 제2방열기구체는 서로 교환되어 사용될 수 있다. 이때, 압출된 알루미늄 방열기구체의 가공 방법에 따라 제1방열기구체로 사용할 것인지, 제2방열기구체로 사용할 것인지 구분하여 결정할 수 있다.
제2방열기구체는 내부에 액체순환튜브를 통해 열교환유체가 흘러 효과적으로 열을 방출할 수 있는 형태라면 어느 형태라도 가능하다. 예컨대, 제2방열기구체의 형태는 난방용 라지에이터의 방열관 또는 금속 주름관과 같은 형태를 가질 수 있다.
엘이디 광원체의 냉각장치는 도면과 같이 제1방열기구체와 제2방열기구체를 대칭인 형태로 배치할 수 있고, 경우에 따라 비대칭인 형태로 설치할 수 있다. 따라서, 설치 장소의 제약이 없어 다양한 장소에 설치가 가능하다는 효과가 있다.
제1방열기구체 및 상기 제2방열기구체 중 어느 하나 이상은 요철 구조로 형성되어 열 교환 면적을 크게 확보할 수 있다. 제1방열기구체 및 제2방열기구체 중 어느 하나 이상은 액체순환튜브 일부의 표면에 방사상으로 배치된다. COB LED 광원의 용량이 증가함에 따라 제1방열기구체 및 제2방열기구체의 요철 구조에서 요철의 개수를 늘릴 수 있다.
광원체의 온도가 80℃ 이상이 되는 경우, 광원체에 인가되는 전원을 차단시키는 바이메탈 스위치(미도시)가 제2방열기구체 상에 구비된다. 이를 통해 제2방열기구체로 전달되는 열을 감지하여 온도를 확인하기 때문에 상술한 온도 이상에서 수명이 크게 저하되는 LED 광원의 파손과 고장을 막을 수 있고, 액체순환펌프(미도시)의 오작동을 미리 확인하는 효과가 있다. 상술한 광원체의 온도는 80℃로 한정되는 것은 아니며, 광원체 및 액체순환펌프(미도시)의 파손 및 고장이 일어날 수 있는 온도라면 모두 가능하다.
액체순환펌프(미도시)는 제어부의 제어신호에 따라 구동되어 엘이디 광원체에 의해 발생된 열이 제1방열기구체로 전달되고, 제1방열기구체와 연결되어 있는 액체순환튜브로 열이 전달되어, 상술한 열을 액체순환튜브를 통하여 제2방열기구체로 이동시키고 다시 액체순환튜브를 통하여 엘이디 광원체로 이동시켜 순환되게 한다.
도 2를 참조하면, 제1방열기구체 및 제2방열기구체 중 어느 하나 이상은 액체순환튜브가 관통되어 배치될 수 있는 구조로 되어 있고, 액체순환튜브 일부의 표면에 방사상으로 배치될 수 있다.
또한, 열교환유체를 통해 제1방열기구체에서 제2방열기구체로 열을 전달하며, 엘이디 광원체와 열교환유체가 흐르는 액체순환튜브가 제1방열기구체에 의해 격리되어 있으므로, 비전도성 액체로 물을 사용할 수 있고, 상기 물이 어는 것을 방지하기 위해 부동액을 상기 물에 소정 비율로 혼합한 것을 사용하기 때문에 편리하고, 비용이 절감된다는 효과가 있다. 상술한 열교환유체의 부동액과 물의 혼합 비율은 1:1인 것을 사용하나 냉각장치의 설치 장소와 환경에 따라 혼합 비율은 변경될 수 있다.
엘이디 광원체와 제1방열기구체를 접착 가능하도록 하는 결합부재(미도시)로는 열전도 양면 테이프 또는 COB LED 광원체와 제1방열기구체 일부의 홀에 고정부재가 삽입된다.
열전도 양면 테이프가 결합부재로 사용될 때는 COB LED 광원체에서 각각의 LED 광원에 대응되는 기판 배면에 부착된다.
고정부재는 나사를 포함하며, COB LED 광원체와 제1방열기구체를 고정부재로 결합시키되, 각각의 LED 광원에 대응되는 기판 배면에 서멀 그리스(thermal grease)를 도포한 후에 결합시킨다.
여기서 COB LED의 기판 배면에 서멀 그리스(thermal grease)가 도포되기 때문에 엘이디 광원체와 제1방열기구체 사이 접착력이 강화될 뿐만 아니라, 엘이디 광원체와 제1방열기구체 사이의 빈 공간을 열전도성 물질로 채워지기 때문에 신속하고 원활한 방열이 이루어지게 되는 효과가 있다.
도 3은 열교환유체를 이용한 엘이디 광원체의 냉각장치의 액체순환튜브를 나타낸 것이다. 액체순환튜브는 제1방열기구체와 제2방열기구체를 연결해주고, 내부에 열교환유체가 흐를 수 있도록 되어있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예로서 열교환유체를 이용한 엘이디 광원체의 냉각장치를 나타낸 것이다. 도 4를 참조하면 냉각장치가 두 개의 층으로 구성되어 있고 각각 300W로 출력할 수 있지만, 설치 장소와 환경에 따라 출력은 변경될 수 있다.
저장 탱크는 제2방열기구체 표면에 구비되어 열교환유체를 저장하고, 저장 탱크 내부에는 열교환유체를 순환시키기 위한 액체순환펌프(미도시)가 구비되어 있다.
또한, 저장 탱크는 외부로부터 열교환유체를 공급 받을 수 있고, 액체순환펌프에 전원을 인가하기 위해 하나 이상의 홀을 구비한다.
도 5는 본 발명의 저장 탱크 및 액체순환펌프를 나타낸 것이다. 도 5를 참조하면, 저장 탱크 내부에 액체순환펌프가 구비되고, 액체순환튜브(미도시) 및 제2방열기구체의 일부에 하나 이상의 홀이 구비되어 홀을 통해 액체순환튜브와 저장 탱크 간 열교환유체가 출입 가능하도록 할 수 있다. 상술한 홀을 통해 액체순환튜브의 열교환유체가 저장 탱크로 입수되어 액체순환펌프에 의해 출수구로 빠져나간다. 이때 액체순환펌프에 의해 열교환유체의 온도가 감소되는 효과가 있다.
또한 저장 탱크 일부에 두 개의 홀을 구비할 수 있는데, 하나의 홀은 외부로부터 열교환유체를 추가적으로 공급받기 위함이고, 또 다른 하나의 홀은 액체순환펌프에 인가될 전원선이 삽입된다.
이때, 제2방열기구체의 내부에 구비되는 액체순환튜브(미도시)의 일단은 밀봉되어 열교환유체가 누출되는 것을 방지한다.

Claims (11)

  1. 다수의 COB LED를 포함하는 엘이디 광원체가 구비됨에 있어서,
    각각의 상기 COB LED의 기판 배면 일부에 부착되는 결합부재;
    상기 결합부재에 의해 상기 기판 배면에 배치되는 제1방열기구체;
    상기 제1방열기구체 내부에 배치되는 액체순환튜브에 의해 연통되게 연결되는 제2방열기구체;
    상기 액체순환튜브 내부에 채워지며 상기 COB LED로부터 방출되는 열을 흡수하기 위해 순환되어지는 열교환유체;
    상기 제2방열기구체 표면에 구비되어 상기 열교환유체를 저장하기 위한 저장 탱크 및
    상기 저장 탱크 내부에 구비되어 상기 열교환유체를 순환시키기 위한 액체순환펌프를 구비하는 것을 특징으로 하는 열교환유체를 이용한 엘이디 광원체의 냉각장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 액체순환튜브 및 상기 제2방열기구체의 일부에 하나 이상의 홀이 구비되고 상기 홀을 통해 상기 액체순환튜브와 상기 저장 탱크 간 상기 열교환유체가 출입 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 열교환유체를 이용한 엘이디 광원체의 냉각장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 저장 탱크는 외부로부터 열교환유체를 공급 받을 수 있고, 상기 액체순환펌프에 전원을 인가하기 위해 하나 이상의 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 열교환유체를 이용한 엘이디 광원체의 냉각장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 광원체에 인가되는 전원을 차단시키는 바이메탈 스위치가 상기 제2방열기구체 상에 구비되는 것을 특징으로 하는 열교환유체를 이용한 엘이디 광원체의 냉각장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1방열기구체 및 상기 제2방열기구체 중 어느 하나 이상은 요철 구조로 형성되어 열 교환 면적을 크게 확보할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 열교환유체를 이용한 엘이디 광원체의 냉각장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1방열기구체 및 상기 제2방열기구체 중 어느 하나 이상은 상기 액체순환튜브 일부의 표면에 방사상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환유체를 이용한 엘이디 광원체의 냉각장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 열교환유체는 물을 포함하고, 상기 열교환유체는 부동액을 상기 물에 소정 비율로 혼합한 것을 특징으로 하는 열교환유체를 이용한 엘이디 광원체의 냉각장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 결합부재는 열전도 양면 테이프 또는 COB LED 광원체와 상기 제1방열기구체 일부의 홀에 고정부재가 삽입되는 것을 특징으로 하는 열교환유체를 이용한 엘이디 광원체의 냉각장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 열전도 양면 테이프는 COB LED 광원체에서 각각의 LED 광원에 대응되는 기판 배면에 부착되는 것을 특징으로 하는 열교환유체를 이용한 엘이디 광원체의 냉각장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 고정부재는 나사를 포함하며, 상기 COB LED 광원체에서 각각의 LED 광원에 대응되는 기판 배면에 서멀 그리스(thermal grease)가 도포되는 것을 특징으로 하는 열교환유체를 이용한 엘이디 광원체의 냉각장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제1방열기구체 및 상기 제2방열기구체는 상기 액체순환튜브로부터 분리 가능하고, 서로 동일한 형상인 것을 특징으로 하는 열교환유체를 이용한 엘이디 광원체의 냉각장치.
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