KR20170119523A

KR20170119523A - 마그누스 효과를 적용한 엘이디 조명의 방열장치

Info

Publication number: KR20170119523A
Application number: KR1020160047660A
Authority: KR
Inventors: 정성모
Original assignee: 정성모
Priority date: 2016-04-19
Filing date: 2016-04-19
Publication date: 2017-10-27
Also published as: KR101814646B1

Abstract

본 발명에 따른 마그누스 효과를 적용한 LED 조명의 방열장치는, LED 기판의 후면에 장착되는 판상(板狀)의 제1방열판; 상기 제1방열판의 일면에 판상 형태로 등간격으로 돌출 형성되며, 제1방열판과 일체로 형성된 방열핀; 상기 방열핀 사이사이에 방열핀을 따라 배치되고, 제1방열판에 장착되는 제2방열판을 구비하여 구성되며, 상기 제2방열판은, 상기 제1방열판과 접하도록 고정 장착되는 판상(板狀)의 플레이트; 중공부(中空部)가 형성된 하광상협(下廣上狹)의 원뿔대 형상이고, 상기 플레이트 일면에 등간격으로 배치되며, 플레이트와 일체로 형성된 방열통; 상기 방열통의 원주면 하단부분 측면에 등간격으로 형성된 하부통공; 상기 방열통의 원주면 상단부분 측면에 등간격으로 형성된 상부통공을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

마그누스 효과를 적용한 엘이디 조명의 방열장치{Heat sinking apparatus of LED light using Magnus effect}

본 발명은 LED 조명의 방열장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, LED 소자로부터 발생한 열에 대하여 동력이나 대류 현상에 의존하지 않고 유체의 속력이 증가하면 유체 내부의 압력이 낮아지고, 반대로 속력이 감소하면 내부 압력이 높아진다는 베르누이(Bernoulli)의 정리를 적용하여 조명장치의 가동 즉시 열을 외부로 방출시킬 수 있도록 한, 마그누스 효과(Magnus effect)를 적용한 LED 조명의 방열장치에 관한 것이다.

가로등, 터널등, 보안등 또는 고속도로, 시가지의 주요도로, 공원 등에는 가로(街路)의 교통안전과 보안을 위하여 다양한 종류의 조명등이 설치되어 있는데, 광원(光源)으로는 고압수은등, 형광등, 나트륨등, 메탈할라이트(Metal Halide) 램프 등이 사용되었으나, 최근 들어 탄소저감, 녹색산업 등의 세계적인 추세에 따라 전력소모를 획기적으로 줄이면서도 조명효과를 극대화시킬 수 있는 LED 조명등으로 교체되고 있으며, 정부나 자치단체에서 적극 추진하고 실시하면서 일반 가정이나 기업에도 LED 조명등 사용을 권장하고 있다.

LED는 전력을 빛으로 변환시키는 효율이 좋은 반면, 그 발광부위가 반도체 소자로 이루어져 있으므로 필라멘트를 사용하는 백열등이나 음극선을 이용한 형광등 또는 형광램프 등의 발광소자에 비해 상대적으로 열에 취약하다는 단점이 있다. 다시 말해서, LED는 장시간 사용시 발광소자로부터 발생하는 자체 열에 의한 열적 스트레스로 인하여 반도체 소자가 쉽게 열화(degradation)되어 그 성능이 떨어지게 된다. 따라서, LED 조명에서는 LED 소자로부터 발생되는 열을 효과적으로 방출하기 위한 방열구조가 대단히 중요한 기술적 요소이다.

지금까지 LED 조명등의 방열을 위한 다양한 기술이 출현하였는데, LED를 사용한 가로등이나 보안등에서 발생하는 열을 효과적으로 방출시키기 위하여 출현한 기술 중의 하나가 특허등록 제862540호 "가로등용 엘이디 램프"인데, 방열구조를 중공부(中空部)를 갖는 반원기둥 형상의 제1방열부와, 제1방열부 일단에 일측이 밀폐된 원통기둥 형상의 제2방열부로 구성하고, 제1 및 제2방열부의 외주면에 다수의 방열핀을 돌출되게 형성하여 구성한 구조이다.

하지만, 상기 특허는 방열구조가 복잡할 뿐만 아니라 LED 소자에서 발생한 열을 곧바로 방출하는 것이 아니라 발생한 열이 반원기둥 형상의 중공부(中空部) 내부에 갇히게 되면서 오히려 일정시간 동안 보온하는 역할을 하게 되어, LED 소자에서 발생한 열을 신속하고 효율적으로 방출시킬 수 없는 구조이기 때문에 결국 LED 소자가 열화되어 LED의 수명이 단축되고 전력소비가 많아지며 발광효율 저하의 직접적인 원인이 된다는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 하광상협(下廣上狹)의 원뿔대 형상으로 형성하고 원주면 상단부분과 하단부분 측면에 통공을 형성하여 하부의 유량이 상부의 유량보다 많게 만들어진 방열통을 방열판에 부착함으로써, LED 소자로부터 발생한 열을 방열장치의 자연대류에 의존하여 방출하는 방식보다 강력한 대류를 형성할 수 있도록 하여 방출되는 열의 유속을 빠르게 구현하여 많은 열을 지속적이고도 빠르게 방출시켜 방열핀에 의한 방열효과를 극대화시킬 수 있는, 마그누스 효과를 적용한 엘이디 조명의 방열장치를 제공하기 위한 것이다.

바람직하게는, LED 기판과 제1방열판에는 길이방향을 따라 중간부분에 통풍구멍이 형성되어 있다.

바람직하게는, 플레이트에는 길이방향으로 일측에 클립(clip)이 돌출 형성되어 있어서, 클립을 방열핀에 걸어서 제2방열판을 부착시킬 수 있도록 구성된다.

본 발명에 따른 마그누스 효과를 적용한 LED 조명의 방열장치는, LED 기판의 후면에 장착되는 판상(板狀)의 제1방열판; 상기 제1방열판의 일면에 판상 형태로 등간격으로 돌출 형성되며, 제1방열판과 일체로 형성된 방열핀; 중공부(中空部)가 형성된 하광상협(下廣上狹)의 원뿔대 형상이고, 상기 방열핀 사이사이에 방열핀을 따라 등간격으로 배치되고, 제1방열판과 일체로 형성된 방열통을 구비하여 구성되며, 상기 방열통에는, 원주면 하단부분 측면에 등간격으로 형성된 하부통공과, 원주면 상단부분 측면에 등간격으로 형성된 상부통공을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 유체의 속력이 증가하면 유체 내부의 압력이 낮아지고, 반대로 속력이 감소하면 내부 압력이 높아진다는 베르누이(Bernoulli)의 정리를 적용하여 만든 방열통을 사용한 LED 조명의 방열장치이다. 구체적으로 보면, 본 발명에 따른 LED 조명의 방열장치는, 방열핀 사이사이에 설치된 방열통을 중공부(中空部)가 형성된 하광상협(下廣上狹)의 원뿔대 형상으로 형성했기 때문에, 방열통에서 하부의 유량이 상부의 유량보다 많아져서 열이 배출되는 상부쪽에서 유속이 빨라지게 되면서, LED 소자로부터 발생한 열을 방열장치의 자연대류에 의존하여 방출하는 방식보다 강력한 대류를 형성할 수 있게 되어, 방열통 하부의 바닥과 하부 측면에 형성된 통공을 통해 유입된 열이 자연스럽게 강력한 대류를 형성하면서 상면과 상부 측면에 형성된 통공으로 방출되게 되어 LED 소자에서 발생하는 열을 지속적이고도 빠르게 방출시킬 수 있다. 또한, 방열통의 상부 측면에 형성된 상부통공을 통해 방열핀에 바람을 계속 송풍하게 되므로 제1방열판의 방열핀에 의한 방열효과를 극대화시켜 줄 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 방열장치가 부착된 LED 조명기구를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 방열장치를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에서 제1방열판을 도시한 도면이다.
도 4는 도 2에서 제2방열판을 도시한 도면이다.
도 5는 제2방열판의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 방열장치의 다른 실시예를 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 LED 조명의 방열장치의 가장 큰 기술적 특징은, 하광상협(下廣上狹)의 원뿔대 형상으로 방열통을 형성함으로써 하부의 유량이 상부의 유량보다 많아져서 열이 배출되는 상부쪽에서 유속이 빨라지게 함으로써, 자연스럽게 강력한 대류를 형성하게 하여 LED 소자에서 발생하는 열을 지속적이고도 빠르게 방출시킴과 동시에 방열통을 통해 방열핀에 계속 송풍해 줌으로써 제1방열판의 방열효과를 극대화시켰다는 점이다.

본 발명에 따른 LED 조명의 방열장치는 LED 기판(10)의 후면에 장착되어 LED 소자에서 발생한 열을 방출시키기 위한 장치인데, 방열핀(22)을 통한 방열에 추가하여 강력한 대류 현상을 일으키는 방열통(242)을 방열핀(22) 사이사이에 추가로 배치하여 열을 방출시키도록 했기 때문에, 방열통(242)이 방열핀(22)에 계속 송풍을 해주게 되므로 방열핀(22)의 방열효과가 극대화되어 LED 소자에서 발생하는 열을 빠르게 방출시킬 수 있다.

제1실시예에 대하여 도2 내지 도 5를 참조하여 설명하면, 방열장치(20)는, 방열핀(22)이 형성된 제1방열판(21)과, 방열통(242)을 구비한 제2방열판(24)이 제1방열판(21)에 접하도록 장착되어 구성된 것이며, 제2방열판(24)은 제1방열판(21)에 탈부착이 가능하도록 설치된다.

제1방열판(21)은 알루미늄과 같은 재질로 판상(板狀)으로 형성된 구성으로, LED 기판(10)의 후면에 장착되는데, 제1방열판(21)의 일면(LED 기판에 장착되지 않는 면)에는 방열핀(22)이 제1방열판(21)과 일체로 형성되어 구성된다. 방열핀(22)의 형상은 판상이고, 제1방열판(21)의 길이방향 또는 폭방향을 따라 등간격으로 돌출 형성되어 있어서, LED 소자에서 발생한 열이 제1방열판(21)으로 전달되어 방열핀(22)을 통해 방열되게 된다.

LED 기판(10)과 제1방열판(21)에는 길이방향을 따라 중간부분에 통풍구멍(23)을 형성하여 방열에 도움을 줄 수도 있다. 통풍구멍(23)은 LED 기판(10)과 제1방열판(21)에 구멍만 형성해도 되지만, 통풍구멍(23)의 통풍 통로에 벽을 방열핀(22)의 높이와 같게 형성할 수도 있다(도 2, 3 참조).

본 발명에서 가장 특징적인 구성이 제2방열판(24)인데, 제2방열판(24)은 플레이트(241)에 방열통(242)이 일체로 형성되어 방열핀(22) 사이사이에 배치되며, 제2방열판(24)은 제1방열판(21)과 같은 알루미늄 재질로 제작하는 것이 바람직하며, 열전도율이 좋은 재질이라면 어떤 재질이든 상관없다. 플레이트(241)는 판상(板狀)의 부재인데, 제1방열판(21)과 접하도록 하여 볼트 등과 같은 고정수단에 의해 장착되는데 탈부착이 가능하다. 또한, 플레이트(241)에 길이방향으로 일측에 클립(clip)(243)을 돌출 형성하여 클립(243)을 방열핀(22)에 걸어서 제2방열판(24)을 부착시킬 수도 있으며, 클립(243)은 등간격으로 복수개를 설치하는 것이 바람직하다.

방열통(242)은 중공부(中空部)가 형성된 하광상협(下廣上狹)의 원뿔대 형상이고, 플레이트(241) 일면에 등간격으로 배치되며, 플레이트(241)와 일체로 형성되게 된다. 방열통(242)은 원뿔대 형상의 본체(242a)에 다수의 통공이 형성된 것으로, 본체(242a)의 원주면 하단부분('하단부분'은 플레이트 쪽을 의미하며, 본 명세서에서는 동일하다) 측면에 하부통공(242b)이 등간격으로 형성되고, 본체(242a)의 원주면 상단부분 측면에 상부통공(242c)이 등간격으로 형성되며, 본체(242a)의 상면에 상면통공(242d)이 형성되는데, 상면통공(242d)은 형성하지 않을 수도 있다. 본체(242a)의 높이는 방열핀(22)의 높이보다 약간 낮게 형성하는데, 방열핀(22)의 높이보다 더 낮게 형성하면 상부통공(242c)을 통해 양측에 있는 방열핀(22)에 계속 바람을 송풍하면서 방열핀(22)을 냉각해 주는 효과가 있기 때문에 더 바람직하고, 이는 입김으로 불어서 방열핀(22)을 식혀 주는 효과와 같으며, 방열핀(22) 사이의 간격이 좁고 높이가 높을수록 효과가 더 좋다.

하부통공(242b)을 통해서는 측면에 배치되어 있는 방열핀(22)에 있는 열을 유인하여 지속적으로 흡수하게 되며, 본체(242a)의 상부에 있는 상부통공(242c)과 상면통공(242d)을 통해 열을 배출하게 된다. 이때, 하부통공(242b) 쪽은 상부통공(242c) 쪽에 비해 단면적이 크기 때문에 하부의 유량이 상부의 유량보다 많아져서 열이 배출되는 상부쪽에서 유속이 빨라지게 되므로, 강력한 대류 현상에 발생하면서 상부통공(242c)을 통해 열이 신속하게 배출되게 되면 열 배출은 물론 방열핀(22)에 송풍하여 방열핀(22)을 냉각시켜 주는 역할도 하게 된다. 여기서 상부통공(242c)을 통해 측면에 있는 방열핀(22)에 송풍하여 방열핀(22)을 냉각시키도록 상면통공(242d)을 형성하지 않는 것이 더 바람직하다.

제2방열판(24)은 자체적으로 방열시킴과 동시에 제1방열판(21)의 방열효과를 극대화시키기 위한 구성이다. 부연하여 설명하면, 방열통(242)의 상부통공(242c)을 통해 측면에 배치된 방열핀(22)에 지속적으로 송풍하여 방열핀(22)을 식혀 주기 때문에 방열핀(22)의 냉각효과가 극대화 되게 된다.

도 6은 방열장치의 제2실시예를 도시한 도면인데, 제2실시예가 제1실시예와 다른 점은 방열통(242)을 제1방열판(21)에 직접 형성하여 구성했다는 점이다. 다른 구성은 제1실시예와 동일하기 때문에 중복되므로 구체적인 설명은 생략한다.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것이고, 명세서에 게시된 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되고, 그와 균등한 범위 내에 있는 기술적 사항도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : LED 기판
20 : 방열장치 21 : 제1방열판
22 : 방열핀 23 : 통풍구멍
24 : 제2방열판 241 : 플레이트
242 : 방열통 243 : 클립

Claims

LED 기판의 후면에 장착되어 LED 소자에서 발생한 열을 방출시키기 위한 방열장치에 있어서,
상기 방열장치는,
LED 기판의 후면에 장착되는 판상(板狀)의 제1방열판;
상기 제1방열판의 일면에 판상 형태로 등간격으로 돌출 형성되며, 제1방열판과 일체로 형성된 방열핀;
상기 방열핀 사이사이에 방열핀을 따라 배치되고, 제1방열판에 장착되는 제2방열판;
을 구비하여 구성되며,
상기 제2방열판은,
상기 제1방열판과 접하도록 고정 장착되는 판상(板狀)의 플레이트;
중공부(中空部)가 형성된 하광상협(下廣上狹)의 원뿔대 형상이고, 상기 플레이트 일면에 등간격으로 배치되며, 플레이트와 일체로 형성된 방열통;
상기 방열통의 원주면 하단부분 측면에 등간격으로 형성된 하부통공;
상기 방열통의 원주면 상단부분 측면에 등간격으로 형성된 상부통공;
을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마그누스 효과를 적용한 LED 조명의 방열장치.
LED 기판의 후면에 장착되어 LED 소자에서 발생한 열을 방출시키기 위한 방열장치에 있어서,
상기 방열장치는,
LED 기판의 후면에 장착되는 판상(板狀)의 제1방열판;
상기 제1방열판의 일면에 판상 형태로 등간격으로 돌출 형성되며, 제1방열판과 일체로 형성된 방열핀;
중공부(中空部)가 형성된 하광상협(下廣上狹)의 원뿔대 형상이고, 상기 방열핀 사이사이에 방열핀을 따라 등간격으로 배치되고, 제1방열판과 일체로 형성된 방열통;
을 구비하여 구성되며, 상기 방열통에는, 원주면 하단부분 측면에 등간격으로 형성된 하부통공과, 원주면 상단부분 측면에 등간격으로 형성된 상부통공을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마그누스 효과를 적용한 LED 조명의 방열장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 LED 기판과 제1방열판에는 길이방향을 따라 중간부분에 통풍구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마그누스 효과를 적용한 LED 조명의 방열장치.
제1항에 있어서,
상기 플레이트에는 길이방향으로 일측에 클립(clip)이 돌출 형성되어 있어서, 클립을 방열핀에 걸어서 제2방열판을 부착시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 마그누스 효과를 적용한 LED 조명의 방열장치.