WO2015102422A1 - 조명용 방열장치 - Google Patents

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WO2015102422A1
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light
heat
case
heat dissipation
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PCT/KR2015/000008
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황인기
장진숙
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에너진(주)
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    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the lighting device generates light and focuses the generated light to be directed in one direction.
  • the LED package or the light emitting chip is mounted on a heat pipe substrate, thereby dissipating heat generated from the LED package or the light emitting chip to the outside, thereby cooling the LED.
  • Between the inner case and the outer case may include a sealing cover for sealing the filling space.
  • the heat radiation device for lighting can improve the heat dissipation effect by preventing the heat generated from the LED module from locally rising to the outer case by the medium diffusion flow path to improve the evaporation rate of the cooling medium.
  • the heat dissipation fin can improve the heat dissipation effect by increasing the area in contact with the external air.
  • FIG 3 is a perspective view of a partially cut heat dissipation device for illumination according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an enlarged view showing a charging space constituting a heat radiating device for lighting.
  • LED module 261 LED lamp
  • capillary protrusion 300 inner case
  • the illumination in the present specification does not limit the type of illumination by generating light and condensing the generated light, for example, lighting such as fluorescent, incandescent, halogen, mercury, sodium, metal, etc. Although it may be, the illumination in the embodiment of the present invention is applied to the LED module 260.
  • the outer case 200 may be formed in a container shape of which the inside is empty and one end is blocked, and the outer case 200 may include a light coupling part 210 and a side wall part 215.
  • the light coupling portion 210 is formed in a plate shape, the light is coupled to the outer surface of the light coupling portion 210 by a fastening member such as a bolt, the heat generated in the light can be transmitted to the entire outer case 200. have.
  • the inner case 300 may be formed in a tubular shape with one surface open so that an accommodation space 310 for accommodating a power supply (not shown) for supplying power to the illumination is formed.
  • the cooling medium 400 is filled in the filling space 320 is coupled to the external case 200, more specifically, the heat coupled to the light coupling unit 210 is transmitted from the light is the cooling medium 400 in the liquid
  • the cooling efficiency of the lighting may be improved by cooling the outer case 200 through a phase change to gas.
  • the vaporized cooling medium 400 is heat-exchanged with the outside in the heat dissipation plate 250 and the outer case 200 when the portion of the filling space 320 having a lower temperature, for example, the light coupling part 210 is located below.
  • the liquid is liquefied at an upper portion spaced apart from the lighting and supplied to the lighting coupling unit 210 to be circulated again, thereby efficiently cooling the lighting by the cooling medium 400.
  • the capillary protrusion 270 may narrow the gap between the outer case 200 and a portion of the inner case 300 to diffuse the cooling medium 400 into the entire filling space 320 by capillary action.
  • the capillary protrusion 270 may be formed to protrude toward the inner case 300 from the inner circumferential surface of the outer case 200, or may be formed to protrude toward the outer case 200 from the outer circumferential surface of the inner case 300,
  • the inner circumferential surface of the outer case 200 and the outer circumferential surface of the inner case 300 may be formed to protrude at positions corresponding to each other.
  • the sealing cover 340 forms a sealed filling space 320 between the outer case 200 and the inner case 300 so that the cooling medium 400 is leaked to the outside or the outside air is filled into the filling space 320.
  • the end of the outer case 200 and the end of the inner case 300 may be sealed so as not to flow.
  • the sealing cover 340 may be formed of a material having elastic force, for example, rubber, urethane, silicon, etc., so that the sealing force of the filling space 320 is improved, and the sealing cover 340 may be formed in a ring shape.
  • the coupling portion 341 is formed in a shape corresponding to the cross section of the filling space 320 so that the sealing cover 340 can be coupled to the end between the inner case 300 and the outer case 200 by a force fitting method. By coupling the end between the inner case 300 and the outer case 200 in an interference fit manner, the filling space 320 can be sealed.
  • the heat dissipating device 100 may include an LED module 260.
  • the LED module 260 may be coupled to the outer case 200 more specifically to the light coupling unit 210 to irradiate light.
  • the reflector plate 262 is provided inside the reflector plate 262 to reflect light around the LED lamp 261 in the direction in which the LED lamp 261 is irradiated so that the reflector 262 of the LED lamp 261 is provided. It may be formed in a form surrounding the circumference.
  • the lens 264 may be mounted on the guider 263 to condense the light so that the light of the fixed LED lamp 261 may be further emitted to the LED lamp 261.
  • the heat dissipation plate 250 is coupled to the coupling groove 240 of the heat dissipation fin 230 so as to transfer heat transferred to the outer case 200 to the outside.
  • the phase change of the cooling medium 400 is actively charged, the cooling medium 400 is charged in a vacuumed state.
  • sealing cover 340 is installed between the end of the outer case 200 and the end of the inner case 300, the coupling portion 341 of the sealing cover 340 to ensure the airtight filling space 320.
  • the heat is transmitted to the lighting coupling unit 210 of the outer case 200 and the cooling medium 400 is heated and vaporized by the heat transferred to the lighting coupling unit 210.
  • the liquid cooling medium 400 is uniformly diffused in phase in the opposite direction to which the LED lamp 261 is coupled by the medium diffusion passage 220.
  • heat generated in the LED module 260 is gradually lowered toward the circumferential direction with respect to the LED module 260 so that the efficiency of the heat sink toward the top outside of the heat sink is increased. Since the heat dissipation effect is lowered due to the lowering, the heat dissipation device 100 of the embodiment has only a temperature difference in distance, and shows a uniform heat dissipation effect in the vertical direction. It can be seen that it has a better heat dissipation effect than the heat sink.
  • the medium diffusion passage 220 improves the vaporization rate of the cooling medium 400, so that heat generated from the LED module 260 is transferred to the outer case 200. It can prevent the local rise and improve the heat dissipation effect.
  • the present invention can be used in the industrial field for heat dissipation in a variety of fixtures, such as lighting fixtures, heating devices.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 조명에서 발생하는 열을 방열함으로써 조명장치를 냉각시키기 위한 조명 방열장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 조명 방열장치는 조명에서 발생하는 열을 방열시키는 조명용 방열장치에 있어서, 상기 조명이 결합되는 외부케이스, 상기 외부케이스와의 사이에 충전공간이 형성되도록 상기 외부케이스의 내부에 이격되어 수용되는 내부케이스, 및 상기 조명과 결합되는 외부케이스의 부분에서 상기 조명에서 발생하는 열에 의해 기화되어 상기 조명을 냉각시키는 냉각매체를 포함한다. 따라서, 조명용 방열장치는 매체확산 유로가 냉각매체의 기화 속도를 향상시킴으로써, LED모듈에서 발생한 열이 외부케이스에 국부적으로 상승하는 것을 방지하여 방열효과를 향상시킬 수 있다. 또한, 모세돌기에 의해 형성된 이동통로가 냉각매체의 순환을 원활하게 함으로써 냉각매체가 충전공간 전체에 고르게 분포될 수 있기 때문에 LED모듈에서 발생한 열이 외부케이스의 전체로 고르게 분포되어 방열효과를 향상시킬 수 있다. 또한, 방열핀은 외부공기와 접촉하는 면적을 증가시킴으로써 방열효과를 향상시킬 수 있다.

Description

조명용 방열장치
본 발명은 조명에서 발생하는 열을 방열함으로써 조명장치를 냉각시키기 위한 조명용 방열장치에 관한 것이다.
일반적으로 조명장치는 광을 생성하고 이 생성된 광을 집속시켜 일 방향으로 향하도록 한다.
예컨대, 조명장치로는 형광등, 백열등, 할로겐등, 수은등, 나트륨등, 메탈등 등이 있다.
한편, 최근에는 형광등, 백열등, 할로겐등, 수은등, 나트륨등, 메탈등 이외의 광원으로 LED가 사용되고 있다.
LED(Light Emitting Diode)는 P형 및 N형 반도체의 접합 구조를 가져 전력 인가 시 전자와 정공의 결합으로 반도체의 밴드 갭(Band gap)에 해당하는 에너지의 빛을 방출하는 광전소자이다.
LED는 소비전력이 상대적으로 매우 낮고 수명이 반영구적이며, 시신경의 피로가 적고, 다양한 색을 구현할 수 있다는 등의 장점이 있기 때문에 최근에는 LED가 실내외 조명으로 사용되고 있다.
이러한 LED의 밝기는 LED에 인가되는 전류의 세기에 비례한다.
하지만, LED의 밝기를 밝게 하기 위해 전류의 세기를 증가시키면, LED에서 발산하는 열의 세기 또한 증가하기 때문에 LED가 발산하는 열로 인하여 LED가 손상되어 LED의 수명이 단축되는 문제점이 있었다.
이러한, 문제점을 해결하기 위해 종래에는 대한민국 등록특허 제10-1142936호(공고일자 2012년05월10일)의 "발광장치"가 개시된 바가 있다.
종래의 발광장치는 히트 파이프를 포함한 기판, 상기 기판 상에 구비된 절연막, 상기 절연막 상에 구비된 전극 단자, 상기 전극 단자에 실장되는 LED 패키지를 포함하며; 상기의 히트 파이프를 포함하는 기판은 적어도 하나의 내부 빈공간을 갖는 몸체, 상기 빈공간 내부에 주입된 작동유체, 및 상기 빈공간 내벽에 구비된 윅으로 구성되었다.
이러한 구성의 종래의 발광장치는 LED 패키지 또는 발광 칩이 히트 파이프 기판상에 실장되어, LED 패키지 또는 발광 칩에서 발생하는 열을 외부로 방출함으로써, LED를 냉각시킬 수 있었다.
하지만, 히트파이프를 포함하는 기판 자체가 LED에서 발산되는 열을 흡수하여 열이 국부적으로 상승하기 때문에 LED의 고장을 유발시킬 수 있다는 문제점이 있었다.
또한, 히트파이프를 포함하는 기판이 단순히 통판으로 구성되어 작동유체의 귀환경로가 길어지기 때문에 작동유체에 의한 열의 순환이 원활하지 않아 열을 효율적으로 방출시킬 수 없다는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 과제는 고광도의 빛을 조사하는 조명의 방열효과를 향상시킴으로써 LED모듈이 효율적으로 냉각될 수 있는 조명 방열장치를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 조명 방열장치는 조명에서 발생하는 열을 방열시키는 조명용 방열장치에 있어서, 상기 조명이 결합되는 외부케이스, 상기 외부케이스와의 사이에 충전공간이 형성되도록 상기 외부케이스의 내부에 이격되어 수용되는 내부케이스, 및 상기 조명과 결합되는 외부케이스의 부분에서 상기 조명에서 발생하는 열에 의해 기화되어 상기 조명을 냉각시키는 냉각매체를 포함한다.
상기 냉각매체가 상기 충전공간에서 모세관 현상에 의해 확산되도록 상기 외부케이스의 내주면 또는 상기 내부케이스의 외주면 중 어느 한 면 또는 두 면 모두에서 돌출되어 상기 충전공간을 좁히는 모세돌기를 포함할 수 있다.
상기 외부케이스는 상기 외부케이스의 외면에서 돌출되어 상기 외부케이스의 표면적을 넓히는 방열핀을 포함할 수 있다.
상기 방열핀은 한 쌍이 한 조를 이뤄 상기 외부케이스의 외면에 복수 조가 형성되고, 상기 한 조를 이루는 상기 한 쌍의 방열핀의 상이에는 상기 외부케이스의 외부와 열교환 하는 방열판이 설치될 수 있다.
상기 내부케이스와 상기 외부케이스의 사이에는 상기 충전공간을 밀폐하는 씰링커버를 포함할 수 있다.
상기 씰링커버는 상기 외부케이스의 열이 상기 내부케이스로 전달되는 것을 방지하도록 단열성을 가지는 재질로 형성될 수 있다.
상기 외부케이스에서 상기 조명이 결합되는 부분의 내면에는 액상의 상기 냉각매체를 확산시키는 매체확산유로가 형성될 수 있다.
상기 내부케이스에는 상기 조명에 전원을 공급하는 전원공급기를 수용하는 수용공간이 형성되고, 상기 내부케이스는 상기 수용공간을 밀폐하는 뚜껑을 더 포함할 수 있다.
상기 조명은 LED모듈일 수 있다.
상기 LED모듈은 상기 외부케이스에 결합되어 빛을 발산하는 LED램프, 상기 LED램프의 주변에 빛을 상기 LED램프가 빛을 조사하는 방향으로 반사시키는 반사판, 상기 LED램프의 둘레를 감싸 보호하는 가이더, 상기 가이더에 안착되어 상기 LED램프의 빛을 집광하는 렌즈, 상기 가이더와 상기 렌즈의 사이를 기밀하는 패킹을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 조명용 방열장치는 매체확산 유로가 냉각매체의 기화 속도를 향상시킴으로써, LED모듈에서 발생한 열이 외부케이스에 국부적으로 상승하는 것을 방지하여 방열효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 모세돌기에 의해 형성된 이동통로가 냉각매체의 순환을 원활하게 함으로써 냉각매체가 충전공간 전체에 고르게 분포될 수 있기 때문에 LED모듈에서 발생한 열이 외부케이스의 전체로 고르게 분포되어 방열효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 방열핀은 외부공기와 접촉하는 면적을 증가시킴으로써 방열효과를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조명용 방열장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 조명용 방열장치를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 조명용 방열장치를 일부 절개한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 조명용 방열장치를 구성하는 외부케이스의 조명결합부를 도시한 단면도이다.
도 5는 조명용 방열장치를 구성하는 충전공간을 도시한 확대도이다.
도 6 및 7은 본 발명의 실시예에 따른 조명용 방열장치의 방열효과를 입증하기 위해 LED모듈에서부터 떨어진 거리에 따른 열 분포도의 비교실험 결과를 나타낸 그래프이다.
[부호의 설명]
100 : 조명용 방열장치
200 : 외부케이스 210 : 조명결합부
220 : 매체확산유로 230 : 방열핀
240 : 결합홈 250 : 방열판
260 : LED모듈 261 : LED램프
262 : 반사판 263 : 가이더
264 : 렌즈 265 : 패킹
270 : 모세돌기 300 : 내부케이스
310 : 수용공간 320 : 충전공간
330 : 뚜껑 340 : 씰링커버
341 : 결합부 342 : 걸림부
400 : 냉각매체
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
먼저, 본 명세서에서의 조명은 빛을 생성하고 이 생성된 빛을 집광하여 조사하는 것으로 조명의 종류를 한정하지는 않으며, 예컨대, 형광등, 백열등, 할로겐등, 수은등, 나트륨등, 메탈등과 같은 조명이 될 수 있으나, 본 발명의 실시예에서의 조명은 LED모듈(260)을 적용하였다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 조명용 방열장치(100)는 외부케이스(200)를 포함할 수 있다.
이 외부케이스(200)는 내부가 비어있고 일단이 막힌 용기 형상으로 형성될 수 있으며, 외측케이스(200)는 조명결합부(210)와 측벽부(215)를 포함하여 구성될 수 있다.
측벽부(215)는 내부가 빈 통 형상으로 형성될 수 있으며, 측벽부(215)의 일단을 조명결합부(210)가 밀폐하여, 외부케이스(200)가 전체적으로 용기 형상을 이루도록 구성될 수 있다.
한편, 조명결합부(210)는 판 형상으로 형성되며, 조명결합부(210)의 외면에는 조명이 볼트와 같은 체결부재로 결합됨으로써 조명에서 발생된 열이 외부케이스(200) 전체로 전달될 수 있다.
이때, 조명결합부(210)의 조명이 결합되는 부분에는 조명의 둘레 형상과 대응되는 홈이 형성되어 조명결합부(210)에 조명이 억지끼움 결합될 수도 있다.
그리고, 조명결합부(210)와 조명 사이에는 결합된 두 구성의 밀착도를 높이도록, 써멀그리스(Thermal Grease)를 도포할 수 있다.
한편, 측벽부(215)는 사각형상, 삼각형상 등 다양한 형태의 내부가 빈 통 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 외부케이스(200)는 조명에서 발생하는 열이 외부케이스(200)에 빠르게 전달될 수 있도록 열전도율이 높은 알루미늄, 동, 구리, 금 및 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
한편, 조명결합부(210)는 매체확산유로(220)를 포함할 수 있다.
이 매체확산유로(220)는 외부케이스(200)가 LED모듈(260)에서 발생한 열에 의해 국부적으로 상승하는 것을 방지하도록 조명결합부(210)의 내측면 더 구체적으로는 조명이 결합되는 면의 반대면에 매체확산유로(220)가 형성될 수 있다(도 4 참고).
이 매체확산유로(220)는 하기에 설명될 냉각매체(400)가 조명결합부(210)에서 전체적으로 확산될 수 있도록 복수 개의 홈을 조명결합부(210)에 형성하는 형태로 구현될 수 있다.
한편, 외부케이스(200)는 방열핀(230)을 포함할 수 있다. 이 방열핀(230)은 외부케이스(200)의 표면적을 넓히도록 한쌍이 한 조를 이뤄 외부케이스(200)의 외면에 방사상으로 복수 조가 돌출되어 형성될 수 있다.
그리고, 방열핀(230)은 외부케이스(200)의 길이방향으로 그 길이가 길게 형성되며, 방열핀(230)에는 하기에 설명될 방열판(250)이 끼워질 수 있다.
예컨대, 방열판(250)은 한조를 이루는 한쌍의 방열핀(230)의 사이에 형성된 결합홈(240)에 끼워지는 형태로 복수 조의 방열판(250)이 외부케이스(200)에 결합될 수 있다.
한편, 외부케이스(200)는 방열판(250)을 포함할 수 있다. 이 방열판(250)은 외부케이스(200)에 전달된 열을 외부, 더 구체적으로는 조명용 방열장치(100)가 설치된 공중(空中)의 공기와 열교환 하는 방식으로 열을 외부에 전달하도록 두께가 있는 판 형상으로 형성되어 결합홈(240)에 끼워지는 형태로 결합될 수 있다.
여기서, 방열판(250)은 방열판(250)의 길이가 외부케이스(200)의 외측방향으로 길면 방열판(250)의 표면적이 넓어지기 때문에 방열효과는 향상되지만, 방열판(250)의 길이가 길면 무게가 많이 나가고 크기가 점점 커져 휴대성이 저하되기 때문에 방열판(250)의 길이는 외부케이스(200)의 직경보다는 크지 않게 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 방열판(250)은 방열핀(230)에서 전달된 열이 방열판(250)에 빠르게 전달될 수 있도록 열전도율이 높은 알루미늄, 동, 구리, 금 및 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 조명용 방열장치(100)는 내부케이스(300)를 포함할 수 있다.
이 내부케이스(300)는 외부케이스(200)와의 사이에 하기에 설명될 냉각매체(400)를 충전할 수 있는 충전공간(320)이 형성되도록 내부케이스(300)가 외부케이스(200)의 내부에 이격되어 수용될 수 있다.
또한, 내부케이스(300)는 조명에 전원을 공급하는 전원공급기(미도시)를 수용할 수 있는 수용공간(310)이 형성될 수 있도록 일면이 개구되어 있는 통 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 조명용 방열장치(100)는 냉각매체(400)를 포함할 수 있다.
이 냉각매체(400)는 충전공간(320)에 충전되어 조명과 결합되는 외부케이스(200), 더 구체적으로는 조명결합부(210)가 조명에서 전달받은 열이 냉각매체(400)가 액체에서 기체로의 상변화를 통해 외부케이스(200)를 냉각시키는 형태로 조명의 냉각효율을 향상시킬 수 있다.
즉, 냉각매체(400)는 액체상태의 냉각매체(400)가 외부케이스(200)의 부분, 더 구체적으로는 조명이 결합되는 조명결합부(210)에서 조명의 열에 의해 가열되어 기화된다.
이때, 냉각매체(400)가 기화되면서 주위의 열을 빼앗아 감으로써 조명을 냉각시킬 수 있다.
그리고, 기화된 냉각매체(400)는 방열판(250) 및 외부케이스(200)에서 외부와 열교환하여 온도가 낮아진 충전공간(320)의 부분, 예컨대, 조명결합부(210)가 하부에 위치된 경우, 조명과 이격된 상부에서 액화되어 다시 조명결합부(210)로 순환되는 형태로 공급되어, 냉각매체(400)에 의해 조명을 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
한편, 냉각매체(400)는 물, 알코올, 알칼리 수용액 등 상변화의 온도차이가 크지않은 냉각매체(400)가 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 조명용 방열장치(100)는 모세돌기(270)를 포함할 수 있다.
이 모세돌기(270)는 외부케이스(200)와 내부케이스(300)의 일부분의 사이 간격을 좁혀 모세관현상에 의해 냉각매체(400)를 충전공간(320)의 전체에 확산시킬 수 있다.
한편, 모세돌기(270)는 외부케이스(200)의 내주면에서 내부케이스(300)를 향해 돌출되도록 형성되거나, 내부케이스(300)의 외주면에서 외부케이스(200)를 향해돌출되도록 형성될 수 있으며, 외부케이스(200)의 내주면 및 내부케이스(300)의 외주면의 서로 대응되는 위치에서 돌출되도록 형성될 수도 있다.
한편, 모세돌기(270)는 액상의 냉각매체(400)가 모세돌기(270)에 의해 가이드 되어 조명결합부(210)로 공급되도록 조명결합부(210)가 위치되는 방향으로 그 길이게 길게 형성될 수 있으며, 모세돌기(270)는 내부케이스(300) 또는 외부케이스(200), 또는 둘 모두의 둘레를 따라 복수 개가 돌출되는 형태로 구성될 수 있다.
이러한 구성의 모세돌기(270)는 모세돌기(270)에 의해 좁아진 틈으로 냉각매체(400)가 모세관현상에 의해 이동함으로써, 충전공간(320)의 전체로 냉가매체(400)가 확산됨으로써, 충전공간(320)의 전체를 균일하게 냉각시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 조명용 방열장치(100)는 씰링커버(340)를 포함할 수 있다.
이 씰링커버(340)는 외부케이스(200)와 내부케이스(300)의 사이로 밀폐된 충전공간(320)을 형성하여 냉각매체(400)가 외부로 유출되거나 외부의 공기가 충전공간(320)으로 유입되지 않도록 외부케이스(200)의 끝단과 내부케이스(300)의 끝단을 밀페할 수 있다.
그리고, 씰링커버(340)는 충전공간(320)의 밀폐력이 향상되도록 탄성력을 갖는 재질 예컨대, 고무, 우레탄, 실리콘 등으로 형성될 수 있으며, 씰링커버(340)는 링 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 씰링커버(340)는 결합부(341)와, 걸림부(342)를 포함할 수 있다.
이 결합부(341)는 씰링커버(340)가 내부케이스(300)와 외부케이스(200) 사이 끝단에 억지끼움 방식으로 결합할 수 있도록 충전공간(320)이 이루는 단면과 대응되는 형상으로 형성되어 내부케이스(300)와 외부케이스(200) 사이 끝단에 억지끼움 방식으로 결합함으로써, 충전공간(320)을 밀폐할 수 있다.
그리고, 걸림부(342)는 내부케이스(300)와 외부케이스(200) 사이 끝단에 걸쳐질 수 있도록 결합부(341)의 둘레보다 더 큰 둘레를 갖도록 결합부(3410)의 상부에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 조명용 방열장치(100)는 뚜껑(330)을 포함할 수 있다.
이 뚜껑(330)은 내부케이스(300)에 형성된 수용공간(310)을 밀폐하도록 내부케이스(300)의 끝단을 밀폐하는 동시에, 씰링커버(340)가 내부케이스(300) 및 외부케이스(200)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있으며, 뚜껑(330)은 외부케이스(200)의 끝단 둘레에 볼트와 같은 체결부재에 의해 결합될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 조명용 방열장치(100)는 LED모듈(260)을 포함할 수 있다. 이 LED모듈(260)은 외부케이스(200) 더 구체적으로는 조명결합부(210)에 결합되어 빛을 조사할 수 있다.
한편, LED모듈(260)은 LED램프(261), 반사판(262), 가이더(263), 렌즈(264), 및 패킹(265)을 포함할 수 있다.
LED램프(261)는 빛을 발산할 수 있도록 전기적으로 서로 연결되는 기판(미도시)에 실장되어, 기판에 실장된 LED램프(261)가 조명결합부(210)에 면접촉하는 형태로 결합될 수 있다.
또한, 기판에는 LED램프(261) 외에 LED램프(261)를 제어하는 전기소자 예컨대, 콘덴서, 저항, 트랜지스터 등이 함께 실장 될 수 있다.
반사판(262)은 LED램프(261)의 주변에 빛을 LED램프(261)가 조사하는 방향으로 반사시키도록, LED램프(261)가 반사판(262)의 내부에 구비되어 LED램프(261)의 둘레를 감싸는 형태로 형성될 수 있다.
한편, 반사판(262)은 LED램프(261)의 빛을 반사시킬 수 있는 은색의 금속판으로 형성되거나, 반사물질 예컨대, 도료 또는 금속재가 도포되는 형태로 구성될 수 있다.
가이더(263)는 하기에 설명될 렌즈(264)가 LED램프(261)에 안착될 수 있도록 링 형상으로 형성되어 LED램프(261) 둘레를 감싸 보호하는 형태로 설치될 수 있다.
렌즈(264)는 가이더(263)에 안착되어 LED램프(261)에 고정 LED램프(261)의 빛을 더 멀리 발산할 수 있도록 빛을 집광시킬 수 있다.
이때, 렌즈(264)는 빛을 모을 수 있는 볼록렌즈로 구현될 수 있으며, 복수 개의 다양한 종류의 렌즈가 겹쳐지는 형태로도 구성될 수 있다.
패킹(265)은 가이더(263)와 렌즈(264)사이에 구비되어 가이더(263)와 렌즈(264)의 사이를 기밀하도록 링 형상으로 형성될 수 있다.
그리고, 패킹(265)은 탄력성을 가지는 합성고무, 천연고무, 합성수지, 우레탄, 실리콘 등으로 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 각 구성간의 작용과 효과를 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 조명용 방열장치(100)는 방열핀(230)의 결합홈(240)에는 외부케이스(200)로 전달된 열을 외부로 전달하도록 방열판(250)이 결합된다.
그리고, 내부케이스(300)는 외부케이스(200)의 내부에 이격되어 수용되고, 내부케이스(300)의 수용공간(310)에는 LED모듈(260)에 전원을 공급하는 전원공급기가 수용된다.
그리고 외부케이스(200)의 외면에는 방열핀(230)이 형성되고, 한쌍의 방열핀(230)의 사이에는 방열판(250)이 복수 조를 이루는 방열핀(230)에 각각 설치된다.
그리고, 충전공간(320)에 냉각매체(400)가 충전된다.
이때, 냉각매체(400)의 상변화가 활발히 일어날 수 있도록, 충전공간(320)이 진공된 상태에서 냉각매체(400)를 충전한다.
그리고, 씰링커버(340)는 충전공간(320)을 기밀할 수 있도록 씰링커버(340)의 결합부(341)가 외부케이스(200)의 끝단과 내부케이스(300)의 끝단 사이에 설치된다.
그리고, 뚜껑(330)은 외부케이스(200)의 끝단에 결합됨으로써 수용공간(310)이 완벽하게 밀폐될 수 있다.
한편, LED모듈(260)은 조명결합부(210)의 외면에 LED모듈(260)에서 가장 열이 발생되는 부분이 면접촉하는 형태로 결합되며, LED모듈(260)은 내부케이스(300)의 내부공간에 수용된 전원공급기에서 전원을 공급받도록 전원공급기와 전기적으로 연결된다.
이와 같이 구성된 조명용 방열장치(100)는 전원공급기가 LED모듈(260)에 전원을 공급하면 LED램프(261)가 빛을 조사하는 동시에 LED램프(261)의 특성상 열을 발생한다.
이 열은 외부케이스(200)의 조명결합부(210)에 전달되고 조명결합부(210)로 전달된 열에 의해 냉각매체(400)가 가열되어 기화된다.
이때, 액상의 냉각매체(400)는 매체확산유로(220)에 의해 LED램프(261)가 결합되는 반대방향의 면에서 균일하게 확산되어 상변화된다.
이와 같이, 매체확산유로(220)가 냉각매체(400)를 고르게 분포시켜 LED램프(261)에서 발생된 열이 외부케이스(200)의 일부분인 조명결합부(210)에 집중되는 것을 방지하고, 기화된 냉각매체(400)가 충전공간(320) 전체에 빠른 속도로 전달되어 냉각효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 이때 충전공간(320)은 진공상태이기 때문에 냉각매체(400)의 상변화가 더욱 빠르게 일어날 수 있다.
그리고, 기체상태의 냉각매체(400)는 외부케이스(200)의 내면 및 내부케이스(300)의 외면 중 모세돌기(270)가 형성되지 않은 부분에서 냉각매체(400)가 갖고 있던 열을 외부케이스(200) 및 내부케이스(300)와 열교환하면서 냉각매체(400)가 다시 액체상태로 변화한다.
그리고, 액체상태로 상변화된 냉각매체(400)는 모세관력에 의해 인접한 인접한 모세돌기(270)로 이동함으로써 냉각매체(400)가 충전공간(320) 전체에 고르게 분포될 수 있기 때문에 LED모듈(260)에서 발생한 열을 균일하게 확산시키는 동시에 빠르게 냉각시킬 수 있다.
한편, 외부케이스(200)로 전달된 열은 외부케이스(200)의 방열핀(230)을 통해 방열판(250)으로 전달되어 방열판(250)에서 외부 공기와 열교환 함으로써, 외부케이스(200)를 냉각시킬 수 있다.
본 출원인은 본 발명의 효과를 입증하기 위해 다음과 같은 실험을 수행하였다.
먼저, 도 6은 비교예로서, 실시예의 외부케이스(200)와 동일한 크기로 형성된 블록형태의 몸체에 실시예와 동일한 크기의 방열판(250)을 설치한 히트싱크이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 조명용 방열장치(100)로 제작하여 시험을 수행하였다.
실험조건은 소비전력 100W, 주변온도 25℃의 동일한 조건 하에서 LED모듈(260)에서부터 떨어진 거리에 따른 열 분포도의 비교실험 결과를 그래프로 나타내었다.
참고로, 도 6 및 도 7에서 그래프의 x축은 LED모듈(260)에서부터의 거리를 나타낸 것이고 단위는 미터(m) 이며, y축은 온도를 나타낸 것이고 단위는 섭씨온도(℃)이다.
도 6 및 도 7에 나타난 바와 같이, 비교예의 히트싱크는 LED모듈(260)에서 발생된 열이 LED모듈(260)을 중심으로 원주방향으로 갈수록 점차 낮아져 히트싱크의 상부 외측으로 갈수록 히트싱크의 효율이 낮아지기 때문에 방열효과가 하락되는 반면, 실시예의 조명용 방열장치(100)는 거리상의 온도차이만 있을 뿐, 상하방향으로는 균일한 방열효과를 나타내기 때문에 실시예의 조명용 방열장치(100)가 비교예의 히트싱크보다 더 뛰어난 방열효과를 갖는 것을 알 수 있다.
반면, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 조명용 방열장치(100)의 열 분포도 실험 결과를 나타낸 그래프로서, 도 7의 그래프에서 볼 수 있듯이 LED모듈(260)에서 발생된 열이 외부케이스(200) 및 방열판(250)에 국부적으로 상승하는 것을 방지하여 열이 외부케이스(200) 및 방열판(250)에 고르게 분포된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 조명용 방열장치(100)는 매체확산유로(220)가 냉각매체(400)의 기화 속도를 향상시킴으로써, LED모듈(260)에서 발생한 열이 외부케이스(200)에 국부적으로 상승하는 것을 방지하여 방열효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 모세돌기(270)에 의해 냉각매체(400)가 충전공간(320)으로 빠르게 확산되어 냉각매체(400)가 충전공간(320)의 전체적으로 고르게 분포될 뿐만 아니라, 냉각매체(400)의 순환을 원활하게 함으로써 LED모듈(260)에서 발생한 열이 외부케이스(200)의 전체로 빠르고 균일한 냉각을 수행할 수 있다.
또한, 방열핀(230)은 외부공기와 접촉하는 면적을 증가시킴으로써 방열효과를 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
본 발명은 조명기구, 발열기구 등 다양한 기구에서 방열을 위한 산업분야에 이용 가능하다.

Claims (10)

  1. 조명에서 발생하는 열을 방열시키는 조명용 방열장치에 있어서,
    상기 조명이 결합되는 외부케이스,
    상기 외부케이스와의 사이에 충전공간이 형성되도록 상기 외부케이스의 내부에 이격되어 수용되는 내부케이스, 및
    상기 조명과 결합되는 외부케이스의 부분에서 상기 조명에서 발생하는 열에 의해 기화되어 상기 조명을 냉각시키는 냉각매체를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명용 방열장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각매체가 상기 충전공간에서 모세관력에 의해 확산되도록 상기 외부케이스의 내주면 또는 상기 내부케이스의 외주면 중 어느 한 면 또는 두 면 모두에서 돌출되어 상기 충전공간을 좁히는 모세돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명용 방열장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 외부케이스는
    상기 외부케이스의 외면에서 돌출되어 상기 외부케이스의 표면적을 넓히는 방열핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명용 방열장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 방열핀은
    한 쌍이 한 조를 이뤄 상기 외부케이스의 외면에 복수 조가 형성되고,
    상기 한 조를 이루는 상기 한 쌍의 방열핀의 사이에는 상기 외부케이스의 외부와 열교환 하는 방열판이 설치되는 것을 특징으로 하는 조명용 방열장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 내부케이스와 상기 외부케이스의 사이에는 상기 충전공간을 밀폐하는 씰링커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명용 방열장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 씰링커버는
    상기 외부케이스의 열이 상기 내부케이스로 전달되는 것을 방지하도록 단열성을 가지는 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 조명용 방열장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 외부케이스에서 상기 조명이 결합되는 조명결합부의 내면에는
    액상의 상기 냉각매체를 확산시키는 매체확산유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 조명용 방열장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 내부케이스에는
    상기 조명에 전원을 공급하는 전원공급기를 수용하는 수용공간이 형성되고,
    상기 내부케이스는 상기 수용공간을 밀폐하는 뚜껑을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명용 방열장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 조명은 LED모듈인 것을 특징으로 하는 조명용 방열장치.
  10. 제 10항에 있어서,
    상기 LED모듈은
    상기 외부케이스에 결합되어 빛을 발산하는 LED램프,
    상기 LED램프의 주변에 빛을 상기 LED램프가 빛을 조사하는 방향으로 반사시키는 반사판,
    상기 LED램프의 둘레를 감싸 보호하는 가이더,
    상기 가이더에 안착되어 상기 LED램프의 빛을 집광하는 렌즈,
    상기 가이더와 상기 렌즈의 사이를 기밀하는 패킹을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명용 방열장치.
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