KR20170055604A - 공랭식 구조를 가지는 led 가로등 및 이를 냉각하는 방법 - Google Patents

공랭식 구조를 가지는 led 가로등 및 이를 냉각하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공랭식 구조를 가지는 LED 가로등 및 이를 냉각하는 방법이 개시된다. 본 발명의 LED 가로등은, 태양 에너지를 이용하여 전기를 생성하는 태양광 모듈, 중심부에 형성되어 복수의 LED를 포함하는 LED 칩(chip)과, LED 칩을 외부환경으로부터 보호하는 복수의 덮개를 포함하는 LED 등기구, LED 등기구의 내부 온도가 기 설정된 온도보다 높은 경우, 상기 생성된 전기를 이용하여 냉각팬(cooling fan)을 동작시켜 공기로 LED 등기구의 내부를 냉각하는 냉각모듈 및 태양광 모듈, LED 등기구 및 냉각모듈을 지지하는 등주를 포함한다.

Description

공랭식 구조를 가지는 LED 가로등 및 이를 냉각하는 방법{LED street light with air cooling type structure and method of cooling the same}
본 발명은 LED 가로등에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자연풍을 이용하여 LED 등기구의 온도를 낮춰주는 공랭식 구조를 가지는 LED 가로등 및 이를 수행하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 가로등은 사람과 차량 등이 통행하는 도로 등에 설치되어 조명을 함으로써 야간에 보행과 차량의 통행을 원활하게 한다. 가로등의 조명용 램프로는 할로겐이나 수은등과 같은 종류를 사용하는데 이러한 램프는 수명이 짧아 주기적으로 교환하여야 하기 때문에 유지 및 보수에 상당한 비용과 노력을 필요로 하였다.
그래서 최근에는 전력소비도 절약되고 조명성능도 우수한 고출력 LED(light emitting diode)를 많이 사용하고 있는 추세이다. 고출력 LED는 사용수명이 길고 일반적인 할로겐이나 수은등보다 우수한 밝기를 가지면서 사용전력을 현저하게 줄여 에너지를 절감할 수 있는 장점이 있다.
그런데 LED 가로등의 고출력 LED는 사용 시 고열을 발생하고, 고열은 고출력 LED뿐만 아니라 주변부품까지 영향을 주어 고장을 유발하거나 수명을 단축시키는 문제가 있다.
따라서, 등기구내에는 고출력 LED로부터 발생하는 고열을 냉각하기 위한 별도의 냉각장치를 구비하고 있으며, 각종 냉각 수단을 갖는 LED 조명기구에 대해서는 다수 공지된 바 있다. 하지만 이들은 대체로 일반적인 환경에서 작동되는 점에 그 한계점이 있다고 할 수 있다.
즉, 종래기술은 보통의 환경에서 별무리 없이 작동을 하지만 국내의 한여름이나 중동지역 등과 같은 아주 더운 극한의 환경에서 열에 의한 문제점 등으로 가로등내 점착소재나 전자부품 등의 급격한 신뢰성 감소로 수명이 짧아지는 문제점이 발생되고 있다.
따라서, 이러한 문제점을 극복할 수 있는 가로등 개발이 필요한 실정이다.
한국등록특허공보 제10-0898062호(2009.05.11)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 국내의 한여름이나 중동지역 등과 같은 극한의 환경에서 태양 에너지로 전기를 생성한 후, 생성된 전기로 냉각팬을 구동하여 LED 등기구의 내부를 냉각하는 공랭식 구조를 가지는 LED 가로등 및 이를 냉각하는 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 열로 인한 점착소재, 전자부품 등의 급격한 신뢰성 감소를 방지하는 공랭식 구조를 가지는 LED 가로등 및 이를 냉각하는 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 공랭식 구조를 가지는 LED 가로등은, 태양 에너지를 이용하여 전기를 생성하는 태양광 모듈, 중심부에 형성되어 복수의 LED를 포함하는 LED 칩(chip)과, 상기 LED 칩을 외부환경으로부터 보호하는 복수의 덮개를 포함하는 LED 등기구, 상기 LED 등기구의 내부 온도가 기 설정된 온도보다 높은 경우, 상기 생성된 전기를 이용하여 냉각팬(cooling fan)을 동작시켜 공기로 상기 LED 등기구의 내부를 냉각하는 냉각모듈 및 상기 태양광 모듈, 상기 LED 등기구 및 상기 냉각모듈을 지지하는 등주를 포함한다.
또한 상기 LED 등기구는 상기 태양광 모듈보다 낮은 위치에 형성되고, 상기 냉각모듈은 상기 LED 등기구의 내부에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 냉각모듈은, 상기 냉각팬을 회전시키는 모터, 상기 LED 등기구의 내부 온도를 실시간으로 감지하는 온도센서를 포함하고, 상기 모터의 회전을 제어하는 모니터링 모듈 및 상기 태양광 모듈과 상기 모니터링 모듈 사이에 연결되어 상기 모터의 온오프(on-off) 동작을 제어하는 모터제어 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 복수의 덮개 중 후면덮개와 인접한 위치에 냉각팬을 배치하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 기 설정된 온도는, 40° 내지 50°인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 공랭식 구조를 가지는 LED 가로등을 냉각하는 방법은, 태양광 모듈이 태양광에 의해 전기를 생성하는 단계 및 LED 등기구의 내부 온도가 기 설정된 온도보다 높은 경우, 모니터링 모듈이 상기 생성된 전기를 이용하여 냉각팬을 동작시켜 공기로 상기 LED 등기구의 내부를 냉각하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 공랭식 구조를 가지는 LED 가로등 및 이를 냉각하는 방법에 의하면, 국내의 한여름이나 중동지역 등과 같은 극한의 환경에서 태양 에너지로 전기를 생성한 후, 생성된 전기로 냉각팬을 구동하여 LED 등기구의 내부를 냉각할 수 있다.
또한 열로 인한 점착소재, 전자부품 등의 급격한 신뢰성 감소를 방지하여 점착소재, 전자부품 등의 수명을 늘릴 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 가로등을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 가로등의 연결 관계를 설명하기 위한 분해 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 가로등을 냉각하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하의 설명에서, 모듈은 각각 소정의 기능을 수행하는 구성 요소로서, 하드웨어, 소프트웨어, 혹은 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 가로등을 설명하기 위한 개략도이다.
도 1을 참조하면, LED 가로등(100)은 국내의 한여름이나 중동지역 등과 같은 극한의 환경에서 태양 에너지를 이용한 자연풍으로 LED 등기구(20)의 내부를 냉각한다. 여기서, 자연풍은 공랭식 구조에 따라 바람세기를 조절하여 자연에서 부는 바람을 재현한 공기의 흐름을 의미한다. 이로 인해, LED 가로등(100)은 열로 인한 점착소재, 전자부품 등의 급격한 신뢰성 감소를 방지하여 점착소재, 전자부품 등의 수명을 늘릴 수 있다. LED 가로등(100)은 태양광 모듈(10), LED 등기구(20), 냉각모듈(30) 및 등주(40)를 포함한다.
태양광 모듈(10)은 태양 에너지를 이용하여 전기를 생성한다. 태양광 모듈(10)은 복수의 태양전지(solar cell)로 형성된다. 태양광 모듈(10)은 후술되는 LED 등기구(20)보다 LED 가로등(100)의 상부에 형성될 수 있다. 이로 인해, 태양광 모듈(10)은 보다 용이하게 태양 에너지를 수신할 수 있다.
LED 등기구(20)는 LED를 발광시켜 거리에 조명을 제공하다. LED 등기구(20)는 길가를 따라 기 설정된 간격으로 설치될 수 있고, 태양광 모듈(10)의 바로 아래에 형성되어 태양열을 최대한 피할 수 있다. LED 등기구(20)는 LED 칩(chip)(21)과 복수의 덮개(23) 및 렌즈(29)를 포함한다.
LED 칩(21)은 중심부에 형성되어 복수의 LED를 모듈화하여 등기구의 조명을 출력한다. LED 칩(21)은 모듈화된 LED의 개수를 설치되는 외부환경에 따라 변경할 수 있다.
복수의 덮개(23)는 LED 칩(21)을 외부환경인 햇빛이나 비로부터 보호하기 위해 LED 칩(21)을 감싸는 형상으로 형성된다. 특히, 복수의 덮개(23)는 햇빛의 흡수를 최소화하여 LED 등기구의 내부 온도를 낮출 수 있다. 따라서, 복수의 덮개(23)는 빛의 흡수율이 낮은 물질로 형성될 수 있다.
렌즈(29)는 LED 칩(21)에서 출력되는 조명을 기 설정된 범위로 굴절시킨다. 즉, 렌즈(29)는 직선방향으로 출력되는 조명을 넓게 퍼지는 형상으로 빛을 굴절시킨다. 이를 통해, 사용자에게 보다 넓은 범위에 대한 조명을 제공받을 수 있다. 바람직하게는, 렌즈(29)는 오목렌즈일 수 있다.
여기서, 렌즈(29)는 투명한 유리판 또는 아크릴판으로 대체될 수 있다.
냉각모듈(30)은 LED 등기구(20)의 내부 온도가 기 설정된 온도보다 높은 경우, 냉각팬(cooling fan)(31)을 동작시켜 LED 등기구(20)의 내부를 냉각시킨다. 냉각모듈(30)은 태양광 모듈(10)에서 생성된 전기를 전원으로 사용하며, 이를 위해 태양광 모듈(10)과 전기회로로 연결된다. 특히, 냉각모듈(30)은 LED 등기구(20)의 후면부에 형성되어 배선문제 등을 미연에 방지할 수 있다. 냉각모듈(30)은 냉각팬(31), 모터(33) 및 모니터링 모듈(35)을 포함한다.
냉각팬(31)은 모터(33)와 연결되어 모터(33)의 회전에 따라 회전된다. 이로 인해, 냉각팬(31)은 LED 등기구(20)의 내부에 공기를 제공한다. 여기서, 냉각팬(31)은 LED 등기구(20)가 설치되는 외부환경에 따라 복수개가 설치될 수 있다.
모터(33)는 태양광 모듈(10)에서 생성된 전기를 전원으로 하여 회전을 한다. 모터(33)는 냉각팬(31)과 직접 연결되는 위치에 형성되거나 매개체를 통한 간접 연결이 되는 위치에 형성될 수 있다.
모니터링 모듈(35)은 LED 등기구(20)의 내부에 형성되거나, LED 등기구(20)의 내부 온도를 측정할 수 있는 위치에 형성된다. 모니터링 모듈(35)은 LED 등기구(20)의 내부 온도를 실시간으로 감지하는 온도센서를 포함하고, 모터(33)의 회전을 제어한다. 모니터링 모듈(35)은 LED 등기구(20)의 내부 온도가 기 설정된 온도보다 높은 경우, 모터(33)에 회전을 지시하여 냉각팬(31)이 동작되도록 한다. 또한 모니터링 모듈(35)은 상황에 따라서 온도센서를 포함하지 않고 별도의 온도센서를 포함할 수 있다.
등주(40)는 태양광 모듈(10) 및 LED 등기구(20)을 지지하는 기둥이다. 등주(40)는 하부에 공기가 유입될 수 있는 공기유입구(미도시)가 형성될 수 있으며, 유입된 공기는 LED 등기구(20)까지 유입되어 LED 등기구(20)의 내부를 냉각할 수 있다. 등주(40)는 경합금제, I형 강제, 철근 콘크리트, 주철제, 강관제 등으로 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 가로등의 연결 관계를 설명하기 위한 분해 개략도이다.
도 2를 참조하면, LED 가로등(100)은 LED 등기구(20)의 내부를 냉각시키기 위해, 태양광 모듈(10) 및 냉각모듈(30)을 이용한다. 태양광 모듈(10) 및 냉각모듈(30) 사이는 전기회로 구성으로 연결된다.
태양광 모듈(10)은 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전기를 생성한다. 태양광 모듈(10)은 냉각모듈(30)의 모터(33) 및 모니터링 모듈(35)과 연결되어 전원을 공급한다.
이 때, 태양광 모듈(10)은 냉각모듈(30)로 공급되는 전기량보다 생성된 전기량이 많은 경우, 별도의 배터리(미도시)를 구비하여 전기를 저장할 수 있다.
모니터링 모듈(35)은 태양광 모듈(10)로부터 전원을 공급받으며, LED 등기구(20)의 내부에 배치되어 LED 등기구(20)의 내부 온도를 실시간으로 측정한다. 이 때, 기 설정된 온도보다 내부 온도가 높은 경우, 모니터링 모듈(35)은 모터(33)를 제어하여 회전시킨다. 여기서, 기 설정된 온도는 40° 내지 50°일 수 있다.
모니터링 모듈(35)은 LED 등기구(20)의 내부 온도에 따라 모터(33)의 회전속도를 조절할 수 있다. 모니터링 모듈(35)은 전류량을 이용하여 모터(33)의 회전속도를 조절할 수 있다.
예를 들면, 모니터링 모듈(35)은 모터(33)의 회전속도를 상, 중, 하와 같이 3단계로 나누어서, LED 등기구(20)의 내부 온도가 40° 이상 45° 미만인 경우, 모터(33)에 회전 속도가 제일 낮은 단계인 1단계로 회전을 시키고, LED 등기구(20)의 내부 온도가 45° 이상 50° 미만인 경우, 모터(33)에 회전 속도가 중간 단계인 2단계로 회전을 시키며, LED 등기구(20)의 50° 이상인 경우, 모터(33)에 회전 속도가 가장 빠른 단계인 3단계로 회전을 시킬 수 있다.
특히, 모니터링 모듈(35)은 실시간으로 LED 등기구(20)의 내부 온도를 측정하여 내부 온도의 변화에 따라 모터(33)의 회전 속도를 조절할 수 있으며, LED 등기구(20)의 내부 온도가 기 설정된 온도보다 낮아지게 되면 모터(33)의 회전을 정지시킬 수 있다.
여기서, 냉각모듈(30)은 태양광 모듈(10)과 모니터링 모듈(35) 사이에 연결되어 모터(33)의 온오프(on-off) 동작을 제어하는 모터제어 스위치(37)를 더 포함할 수 있다.
모터제어 스위치(37)는 모터(33)의 온오프를 스위치 형식으로 제어하며, 스위치가 닫힌 상태인 경우에는 온(on)이 되고, 스위치가 열린 상태인 경우에는 오프(off)가 된다. 즉, 모터제어 스위치(37)가 스위치가 열린 상태인 경우, 모니터링 모듈(35)은 모터(33)의 회전을 제어할 수 없다.
모터(33)는 모터제어 스위치(37)가 닫힌 상태에서 모니터링 모듈(35)의 제어에 따라 회전을 한다. 모터(33)는 AC모터, DC모터 등이 사용될 수 있다.
냉각팬(31)은 LED 등기구(20)의 내부에 배치되고, 모터(33)와 연결되어 모터(33)의 회전에 따라 회전한다. 즉, 냉각팬(31)은 회전을 하면서 공기를 자연풍으로 생성하여 LED 등기구(20)의 내부를 냉각시킬 수 있다.
LED 등기구(20)는 LED 칩(21) 및 LED 칩(21)을 보호하는 복수의 덮개(23)를 포함한다. 복수의 덮개(23)는 상부덮개(24), 하부덮개(25), 전면덮개(26), 후면덮개(27)를 포함한다.
상부덮개(24)는 자 형으로 형성되어 LED 칩(21)의 상부를 덮음으로써, LED 칩(21)을 외부환경인 햇빛, 비 등으로부터 보호를 한다. 상부덮개(24)는 상면의 중심으로 방열을 위한 통기채널이 형성될 수 있다.
하부덮개(25)는 상부덮개(24)의 개방된 부분과 연결되어 고정이 되고, LED 칩(21)의 조명이 출력되는 부분에 렌즈(29)가 형성된다.
여기서, LED 칩(21)은 상부덮개(24) 및 하부덮개(25) 중 적어도 하나와 고정된다. 바람직하게는, 나사결합을 통하여 고정될 수 있다.
전면덮개(26) 및 후면덮개(27)는 상부덮개(24) 및 하부덮개(25)를 연결되며, 연결된 부분을 고정시킨다.
후면덮개(27)는 기 설정된 위치에 관통구(미도시)가 형성된다. 여기서, 관통구는 태양광 모듈(10), LED 칩(20) 및 냉각모듈(30)의 배선 등이 관통되어 외부로 나갈 수 있다.
따라서, 냉각모듈(30)은 후면덮개(27)와 인접한 위치에 배치된다. 따라서, 냉각팬(31)은 회전에 의해 자연풍이 용이하게 생성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 가로등을 냉각하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, LED 가로등을 냉각하는 방법은 국내의 한여름이나 중동지역 등과 같은 극한의 환경에서 태양 에너지를 이용한 자연풍으로 LED 등기구(20)의 내부를 냉각할 수 있다. 또한 열로 인한 점착소재, 전자부품 등의 급격한 신뢰성 감소를 방지하여 점착소재, 전자부품 등의 수명을 늘릴 수 있다.
태양광 모듈(10)은 태양 에너지를 전기 에너지를 변환하여 전기를 생성한다(S10). 이 때, 태양광 모듈(10)은 냉각모듈(30)에 공급하고 남은 전기를 별도의 배터리에 저장할 수 있다.
모니터링 모듈(35)은 LED 등기구(20)의 내부 온도를 측정한다(S12). 모니터링 모듈(35)은 내부에 포함된 온도센서를 이용하여 LED 등기구(20)의 내부 온도를 실시간으로 측정한다.
모니터링 모듈(35)은 측정된 LED 등기구(20)의 내부 온도가 기 설정된 온도보다 높은지 판단한다(S14). 만약 LED 등기구(20)의 내부 온도가 기 설정된 온도보다 높은 경우, 모니터링 모듈(35)은 단계 S16을 수행하는 명령을 지시하고, LED 등기구(20)의 내부 온도가 기 설정된 온도보다 낮거나 같은 경우, 모니터링 모듈(35)은 단계 S12를 수행하는 명령을 지시한다. 여기서, 기 설정된 온도는 40°내지 50°일 수 있다.
단계 S16을 수행하는 경우, 모니터링 모듈(35)은 모터(33)의 회전을 제어하여 모터(33)와 연결된 냉각팬(31)을 회전시켜 LED 등기구(20)의 내부를 냉각한다(S16).
이 때, 모니터링 모듈(35)은 냉각시키는 동시에 LED 등기구(20)의 내부 온도를 실시간으로 측정하여 기 설정된 온도보다 LED 등기구(20)의 내부 온도가 낮아지면 모터(33)의 회전을 정지시킨다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
10: 태양광 모듈 20: LED 등기구
21: LED 칩 23: 덮개
24: 상부덮개 25: 하부덮개
26: 전면덮개 27: 후면덮개
29: 렌즈 30: 냉각모듈
31: 냉각팬 33: 모터
35: 모니터링 모듈 37: 모터제어 스위치
40: 등주 100: LED 가로등

Claims (6)

  1. 태양 에너지를 이용하여 전기를 생성하는 태양광 모듈;
    중심부에 형성되어 복수의 LED를 포함하는 LED 칩(chip)과, 상기 LED 칩을 외부환경으로부터 보호하는 복수의 덮개를 포함하는 LED 등기구;
    상기 LED 등기구의 내부 온도가 기 설정된 온도보다 높은 경우, 상기 생성된 전기를 이용하여 냉각팬(cooling fan)을 동작시켜 공기로 상기 LED 등기구의 내부를 냉각하는 냉각모듈; 및
    상기 태양광 모듈, 상기 LED 등기구 및 상기 냉각모듈을 지지하는 등주;
    를 포함하는 공랭식 구조를 가지는 LED 가로등.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 LED 등기구는 상기 태양광 모듈보다 낮은 위치에 형성되고, 상기 냉각모듈은 상기 LED 등기구의 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 공랭식 구조를 가지는 LED 가로등.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각모듈은,
    상기 냉각팬을 회전시키는 모터;
    상기 LED 등기구의 내부 온도를 실시간으로 감지하는 온도센서를 포함하고, 상기 모터의 회전을 제어하는 모니터링 모듈; 및
    상기 태양광 모듈과 상기 모니터링 모듈 사이에 연결되어 상기 모터의 온오프(on-off) 동작을 제어하는 모터제어 스위치;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 공랭식 구조를 가지는 LED 가로등.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 덮개 중 후면덮개와 인접한 위치에 냉각팬을 배치하는 것을 특징으로 하는 공랭식 구조를 가지는 LED 가로등.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 기 설정된 온도는, 40° 내지 50°인 것을 특징으로 하는 공랭식 구조를 가지는 LED 가로등.
  6. 태양광 모듈이 태양광에 의해 전기를 생성하는 단계; 및
    LED 등기구의 내부 온도가 기 설정된 온도보다 높은 경우, 모니터링 모듈이 상기 생성된 전기를 이용하여 냉각팬을 동작시켜 공기로 상기 LED 등기구의 내부를 냉각하는 단계;
    를 포함하는 공랭식 구조를 가지는 LED 가로등을 냉각하는 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111023014A (zh) * 2019-12-17 2020-04-17 深圳源泰建设工程有限公司 一种用于照明工程的便于降温散热的太阳能路灯
KR20200109198A (ko) 2019-03-12 2020-09-22 셀로코주식회사 공기구멍을 구비한 led 가로등 장치

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