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WO2012033280A1 - 엘이디 조명장치 및 이를 구비한 가로등 장치 - Google Patents

엘이디 조명장치 및 이를 구비한 가로등 장치 Download PDF

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WO2012033280A1
WO2012033280A1 PCT/KR2011/004827 KR2011004827W WO2012033280A1 WO 2012033280 A1 WO2012033280 A1 WO 2012033280A1 KR 2011004827 W KR2011004827 W KR 2011004827W WO 2012033280 A1 WO2012033280 A1 WO 2012033280A1
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WO
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heat
led lighting
lighting device
heat pipe
pipe loop
Prior art date
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Ceased
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PCT/KR2011/004827
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English (en)
French (fr)
Inventor
이상철
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zaonzi Co Ltd
Original Assignee
Zaonzi Co Ltd
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Publication date
Application filed by Zaonzi Co Ltd filed Critical Zaonzi Co Ltd
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Priority to ES11823713.0T priority patent/ES2582316T3/es
Priority to PH1/2012/502117A priority patent/PH12012502117A1/en
Priority to DK11823713.0T priority patent/DK2615368T3/en
Priority to EA201291003A priority patent/EA024315B1/ru
Priority to CN201180039638.0A priority patent/CN103052845B/zh
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to an LED lighting device and a street lamp device having the same.
  • the lighting device using the LED generates a large amount of heat due to the heat generated by the LED.
  • an operation error may occur or be damaged.
  • a heat dissipation device is required to prevent overheating.
  • a heat dissipation device used for an LED lighting device
  • a heat dissipation device having a heat dissipation fin structure has been disclosed.
  • the heat dissipation device of the heat dissipation fin structure has a problem that it is difficult to keep the surface area of the heat dissipation fin wide in a situation in which the size of the heat sink is small due to the small size of the LED module.
  • the surface area of the heat dissipation fin is widened, the distance between the heat absorbing part and the heat dissipating part is farther away, and thus the heat transfer speed is lowered.
  • the heat dissipation device of the heat dissipation fin structure has to secure a certain volume in order to secure the area of the heat dissipation fin, the LED lighting device has a thick thickness is difficult to store, transport and installation.
  • the present invention provides a heat dissipation device having a high heat transfer performance and a high heat dissipation efficiency, and an LED lighting device having the same.
  • the present invention is to provide an LED lighting device that can be installed in a variety of places and easy to store and transport.
  • the present invention is to provide an LED lighting device that the heat dissipation performance is continuously maintained even outdoors.
  • an LED module a thermal base coupled to the LED module to absorb heat, formed in a tubular shape, a working fluid is injected, and a heat absorbing portion coupled to the thermal base to absorb heat And a heat pipe loop having a heat dissipation portion for dissipating heat absorbed by the heat absorbing portion, wherein each of the windings of the heat pipe loop is formed in an elongated shape, and one side of the elongated winding is the thermal
  • the LED lighting device is coupled to the base and the other side of the elongated winding protrudes outward from the edge of the thermal base.
  • the ratio of width to length may be 1: 5 to 1: 200.
  • the heat pipe loop may be radially disposed along an edge of the thermal base.
  • the thermal base may be formed in a flat plate shape, the LED module may be coupled to one surface of the thermal base, and the elongated winding may be disposed side by side on the other surface of the thermal base to be thinned.
  • An area opposite to the LED module of the other surface of the thermal base may overlap one side of the elongated winding.
  • the cover member may further include a cover member covering the heat pipe loop and having vent holes formed at both sides of the heat pipe loop.
  • both side vent holes of the heat pipe loop may be disposed to face each other.
  • the LED lighting device including a support for supporting the LED lighting device, the LED module is disposed to face the ground, the temperature difference between the front and rear of the LED lighting device Due to the rising air flow is provided, the street lamp device, characterized in that passing through the heat pipe loop through the vent hole.
  • the cover member may include a rear cover disposed at the rear of the LED lighting apparatus to cover the heat pipe loop from sunlight, and a front cover disposed at the front of the LED lighting apparatus to cover the heat pipe loop. have.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing an LED lighting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a perspective view of the LED lighting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a bottom view showing the LED lighting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 4 and 5 are views for explaining the configuration of the heat dissipation device in the LED lighting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a perspective view of a street lamp device having an LED lighting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view for explaining a heat dissipation mechanism in a street lamp device having an LED lighting device according to an embodiment of the present invention.
  • LED module 20 thermal base
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing an LED lighting apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a perspective view showing the LED lighting apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 according to an embodiment of the present invention Bottom view showing the LED lighting device.
  • the LED lighting device 50 according to an embodiment of the present invention, the LED module 10, the thermal base 20 and the heat pipe loop 30.
  • the winding of the heat pipe loop 30 is formed in an elongate shape and the elongated winding is formed to protrude from the thermal base 20, the LED lighting device 50 ) Can be thin and ensure high breathability.
  • the LED module 10 is a part that generates the light necessary for lighting by having an LED (LED) 12 that can emit light using electrical energy.
  • LED LED
  • the LED module 10 of the present embodiment comprises an LED 12 and a substrate on which the LED 12 is mounted.
  • the thermal base 20 receives heat generated by the LED module 10 and transfers the heat generated by the LED module 10 to the heat pipe loop 30 to be described later.
  • the thermal base 20 also supports the LED module 10 and the heat pipe loop 30.
  • the thermal base 20 of the present embodiment is made of a high thermal conductivity material for fast heat transfer.
  • the thermal base 20 of the present embodiment is made of a metal having high thermal conductivity, such as copper and aluminum.
  • FIG 4 and 5 are views for explaining the configuration of the heat dissipation device in the LED lighting apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the heat dissipation device is formed by coupling the thermal base 20 and the heat pipe loop 30.
  • the thermal base 20 may be formed in a flat plate shape.
  • the heat pipe loop 30 is a heat dissipation portion coupled to the thermal base 20 to dissipate heat transferred through the thermal base 20.
  • the heat pipe loop 30 is a tubular heat pipe in which a working fluid is injected to quickly dissipate a large amount of heat. It is made and includes a heat absorbing portion 32 and a heat radiating portion (34).
  • each of the windings constituting the heat pipe loop 30 in the heat pipe loop 30 of the present embodiment is formed in an elongate shape, which is advantageous for thinning.
  • the heat dissipation part 34 of the elongate winding has a structure that protrudes outward from the edge of the thermal base 20 to ensure high ventilation and maximize heat dissipation performance.
  • a working fluid is injected together with bubbles.
  • the heat absorbing portion 32 is thermally coupled to the thermal base 20 that transfers heat to absorb heat
  • the heat radiating portion 34 in communication with the heat absorbing portion 32 is the thermal base Located away from the (20) to release the heat transferred from the heat absorbing portion (32) to the outside.
  • the heat pipe loop 30 of the present embodiment consists of a vibrating tubular heat pipe using fluid dynamic pressure.
  • the vibrating tubular heat pipe has a structure in which the inside of the tubule is sealed from the outside after the working fluid and bubbles are injected into the tubule at a predetermined ratio. Accordingly, the vibrating tubular heat pipe has a heat transfer cycle for transporting a large amount of heat in latent heat form by volume expansion and condensation of bubbles and working fluid.
  • the heat pipe formed in the tubular shape has a high heat dissipation performance because the loop has a large surface area even in a narrow space.
  • the heat absorbing portion 32 is nucleate boiling (Nucleate Boiling) occurs by the amount of heat absorbed by the bubbles located in the heat absorbing portion 32 is the volume expansion.
  • nucleate Boiling occurs by the amount of heat absorbed by the bubbles located in the heat absorbing portion 32 is the volume expansion.
  • the bubbles located in the heat dissipating portion 34 contract as much as the bubbles located in the heat absorbing portion 32 have a volume expansion. Therefore, as the pressure equilibrium in the tubules collapses, the heat pipe is accompanied by a flow including the vibration of the working fluid and the bubbles, and thus performs a heat dissipation function by carrying out latent heat transfer by the temperature rise due to the volume change of the bubbles.
  • the heat pipe loop 30 may include a capillary made of a metal material such as copper, aluminum, or iron having high thermal conductivity. Accordingly, while conducting heat at a high speed, the volume change of the bubbles injected therein can be rapidly induced.
  • the communication structure of the heat pipe loop 30 may be both an open loop and a close loop.
  • all or part of the heat pipe loops 30 may be in communication with neighboring heat pipe loops 30. Accordingly, the plurality of heat pipe loops 30 may have an overall open loop shape or a closed loop shape as required by design.
  • the heat pipe loop 30 has a closed loop structure in communication with the whole, and is formed in a spiral structure repeatedly forming the heat absorbing portion 32 and the heat dissipating portion 34 so as to be easily manufactured.
  • each winding constituting the heat pipe loop 30 is formed in an elongate shape so that the heat pipe loop 30 can be thinned. That is, the cross-sectional shape of the unit loop constituting the heat pipe loop 30 is formed in an elongate shape.
  • the elongated shape refers to an elongated shape, and refers to a shape having a longer length than the width.
  • the ratio of length to width in elongated windings formed with tubular heat pipes is preferably between 1: 5 and 1: 200.
  • the ratio of the width in the winding of the heat pipe loop 30 is thicker than the ratio, there is a problem that twisting and entanglement between the windings occurs frequently in the heat pipe loop 30 after manufacture, that is, the handling is difficult.
  • the ratio of the length in the winding of the heat pipe loop 30 is longer than the ratio, there is a problem that manufacturing is difficult.
  • the LED module 10 is coupled to one surface of the flat thermal base 20, and an elongated winding is disposed side by side on the other surface of the thermal base 20.
  • 50 becomes a thinned structure. Since the thin LED lighting device 50 is small in size and light, it can be easily installed even in a space where installation conditions are restricted, such as a ceiling lamp and a street lamp, and is easy to transport and store.
  • the arrangement of the elongate winding is not limited to this embodiment, and the elongate winding may be arranged at a predetermined angle with respect to the thermal base 20 as necessary.
  • the shape of the lampshade may be formed in a V-shape in which the diameter becomes wider toward the surface to which light is irradiated, or in an inverted V-shape that narrows in the opposite direction.
  • the heat pipe loop 30 forms the heat radiating portion 34 of the heat pipe loop 30 to protrude from the thermal base 20 in order to secure high air permeability necessary for securing the heat radiating performance.
  • one side of the elongate winding to be the heat absorbing portion 32 of the heat pipe loop 30 is coupled to the thermal base 20, the elongated winding of the heat dissipating portion 34 of the heat pipe loop 30 The other side is formed to protrude outward from the edge of the thermal base (20). Accordingly, the heat dissipation portion 34 of the heat pipe ensures air permeability through which air can be continuously passed.
  • the temperature difference occurs due to the heat generated by the LED module 10 around the LED module 10, and thus the air flow due to the temperature difference continuously around the edge of the thermal base 20 supporting the LED module 10. Occurs.
  • air permeability through which new air continuously passes through the heat dissipation portion 34 is important.
  • the other side of the elongated winding which is the heat dissipation part 34 of the heat pipe loop 30, protrudes to the periphery of the edge of the thermal base 20 where air flow continuously occurs, thereby providing the heat dissipation part 34.
  • High breathability ensures heat dissipation performance.
  • the LED lighting device 50 of the present embodiment can be maximized breathability when used as a streetlight device.
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating a streetlight device having an LED lighting device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a view illustrating a heat dissipation mechanism in a streetlight device having an LED lighting device according to an embodiment of the present invention. to be.
  • the LED lighting device 50 of the present embodiment when used as a street light device, the LED lighting device 50 is mounted on a support 60 such as a pillar so that the LED module 10 is disposed toward the ground. Supported.
  • the air adjacent to the front surface of the LED lighting device 50 which is the direction in which the light of the LED lighting device 50 is radiated, rises in temperature by the heat generated by the LED module 10.
  • a temperature difference occurs between the air in front of the LED lighting device 50 and the rear surface, and the air in front of the LED lighting device 50 is disposed at a relatively high temperature and rises to form an upward airflow.
  • the rising air inevitably passes through the heat radiating part 34 of the other side of the elongated winding that protrudes from the edge of the thermal base 20, that is, the heat pipe loop 30. Therefore, the air flow is always formed in the heat dissipation part 34 of the LED lighting device 50 used as the street light device, thereby ensuring high breathability and thereby maximizing heat dissipation performance.
  • the heat pipe loop 30 may be radially disposed along the edge of the thermal base 20. As shown in FIG. 4, since the heat pipe loop 30 having a radial structure has a larger space than the heat absorbing portion 32, the heat dissipating portion 34 occupies a large space, thereby increasing the air permeability of the heat dissipating portion 34. It can increase.
  • the LED lighting device 50 of the present embodiment may further include a cover member for covering the heat pipe loop 30 in order to protect the heat pipe loop 30 from the outside.
  • the ventilation member 46 is formed in the cover member so that the ventilation is not restricted.
  • the cover member of the present embodiment the front cover 40, which is disposed on the front of the LED lighting device 50 to cover the heat pipe loop 30 and supports the transparent window 43, the LED The rear cover 45 is disposed on the rear surface of the lighting device 50 to cover the heat pipe loop 30.
  • vent holes 46 are formed in the front cover 40 and the rear cover 45 disposed on both sides of the heat pipe loop 30, respectively. At this time, both side vent holes 46 of the heat pipe loop 30 may be disposed to face each other so that air flows smoothly.
  • the vent hole 46 of the present embodiment may also serve as a washing hole.
  • the heat pipe loop 30 In order to continuously maintain the heat dissipation performance of the heat pipe loop 30, it is necessary to periodically clean the heat pipe loop 30 contaminated with dirt or the like.
  • the heat pipe loop 30 since the heat pipe loop 30 is accessible through the vent hole 46, the heat pipe loop 30 can be easily injected without removing the cover member by injecting a cleaning liquid such as water into the vent hole 46. Can be washed.
  • the LED lighting device 50 of the present embodiment is used in the streetlight device, since the rainwater flows through the vent hole 46 during rainfall, the heat pipe loop 30 may be naturally washed.
  • the rear surface of the cover member may also serve as a sunshade to cover the heat pipe loop 30 from sunlight.
  • the rear cover 45 of the present embodiment shades the heat pipe loop 30 when the sun shines. Accordingly, by minimizing the area where the heat pipe loop 30 is exposed to direct sunlight, the working fluid inside the heat pipe loop 30 is unnecessarily heated or the oxidation of the heat pipe loop 30 itself becomes severe, resulting in poor heat dissipation performance. Can be prevented.
  • the LED lighting apparatus can be thinned while having a large heat dissipation area and high heat transfer performance, thereby overcoming the limitations of installation and facilitating storage and transportation.

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Abstract

엘이디 조명장치 및 이를 구비한 가로등 장치가 개시된다. 엘이디(LED) 모듈, 엘이디 모듈에 결합되어 열을 흡수하는 써멀베이스, 세관형으로 형성되어 작동유체가 주입되며 써멀베이스에 결합되어 열을 흡수하는 흡열부 및 흡열부에서 흡수된 열을 방출하는 방열부를 구비한 히트파이프 루프를 포함하고, 히트파이프 루프의 각 권선은 세장형(細長型)으로 형성되어 있으며 세장형 권선의 일측은 써멀베이스에 결합되어 있고 세장형 권선의 타측은 써멀베이스의 테두리에서 외측으로 돌출된 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치는, 넓은 방열면적과 높은 열전달 성능을 가지면서도 엘이디 조명장치를 박형화하여 설치의 제약을 극복하고 보관 및 운송을 용이하게 할 수 있으며, 공기의 대류를 이용하여 높은 통기성을 구현하므로 방열성능을 극대화할 수 있다.

Description

엘이디 조명장치 및 이를 구비한 가로등 장치
본 발명은 엘이디 조명장치 및 이를 구비한 가로등 장치에 관한 것이다.
엘이디(LED)를 이용한 조명장치에서는 엘이디의 발열로 인하여 다량의 열이 발생된다. 일반적으로 전자장치가 과열되면 작동오류가 발생되거나 손상될 수 있는 바, 엘이디 조명장치에서는 과열을 방지하기 위한 방열장치가 필수적으로 요구된다.
엘이디 조명장치에 사용되는 방열장치의 일 예로서 종래에는 방열핀 구조의 방열장치가 개시된 바 있다.
그런데, 방열핀 구조의 방열장치는 엘이디 모듈의 크기가 작아서 흡열부의 크기가 작아져야 하는 상황에서 방열핀의 표면적을 넓게 유지하기 어렵다는 문제점이 있다. 그리고, 방열핀의 표면적을 넓히더라도 흡열부와 방열부 사이의 거리가 멀어져서 열전달 속도가 떨어지므로 방열효율을 향상시키는데 한계가 있다.
또한, 방열핀 구조의 방열장치는 방열핀의 면적을 확보하기 위하여 일정한 부피를 확보해야 하므로, 엘이디 조명장치가 두꺼운 두께를 가지게 되어 보관, 운송 및 설치가 어렵다.
또한, 방열핀은 오염에 취약하므로, 실외에 설치할 경우에 오염으로 인한 방열 성능의 저하가 발생하는 문제도 있다.
본 발명은 열전달 성능 및 방열효율이 높은 방열장치 및 이를 구비한 엘이디 조명장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 다양한 곳에 설치가 가능하고 보관 및 운송이 용이한 엘이디 조명장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 실외에서도 방열성능이 지속적으로 유지되는 엘이디 조명장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 엘이디(LED) 모듈, 상기 엘이디 모듈에 결합되어 열을 흡수하는 써멀베이스, 세관형으로 형성되어 작동유체가 주입되며, 상기 써멀베이스에 결합되어 열을 흡수하는 흡열부 및 상기 흡열부에서 흡수된 열을 방출하는 방열부를 구비한 히트파이프 루프를 포함하고, 상기 히트파이프 루프의 각 권선은 세장형(細長型)으로 형성되어 있으며, 상기 세장형 권선의 일측은 상기 써멀베이스에 결합되어 있고 상기 세장형 권선의 타측은 상기 써멀베이스의 테두리에서 외측으로 돌출된 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치가 제공된다.
상기 세장형 권선에서, 폭과 길이의 비율은 1:5 내지 1:200일 수 있다.
상기 히트파이프 루프는, 상기 써멀베이스의 테두리를 따라 방사형으로 배치될 수 있다.
상기 써멀베이스는 평판형으로 형성되어 있으며, 상기 써멀베이스의 일면에는 상기 엘이디 모듈이 결합되어 있고, 상기 써멀베이스의 타면에는 상기 세장형 권선이 나란하게 배치되어 박형화될 수 있다.
상기 써멀베이스의 타면 중 상기 엘이디 모듈의 반대편 영역은 상기 세장형 권선의 일측과 중첩될 수 있다.
상기 히트파이프 루프를 커버하고 있으며, 상기 히트파이프 루프의 양측에 각각 통기홀이 형성된 커버부재를 더 포함할 수 있다.
상기 커버부재에서, 상기 히트파이프 루프의 양측 통기홀은 대향되게 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기의 엘이디 조명장치, 상기 엘이디 조명장치를 지지하는 지지체를 포함하고, 상기 엘이디 모듈은 지면을 향하도록 배치되어 있으며, 상기 엘이디 조명장치 전면 및 후면의 온도차이로 인하여 발생하는 상승기류는, 상기 통기홀을 통하여 상기 히트파이프 루프를 통과하는 것을 특징으로 하는 가로등 장치 제공된다.
상기 커버부재는, 태양광으로부터 상기 히트파이프 루프를 커버하도록, 상기 엘이디 조명장치의 후면에 배치된 후면커버, 상기 엘이디 조명장치의 전면에 배치되어 상기 히트파이프 루프를 커버하는 전면커버를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 조명장치를 나타낸 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 조명장치를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 조명장치를 나타낸 저면도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 조명장치에서 방열장치의 구성을 설명하는 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 조명장치를 구비한 가로등 장치를 나타낸 사시도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 조명장치를 구비한 가로등 장치에서 방열 메커니즘을 설명하는 도면.
[부호의 설명]
10: 엘이디 모듈 20: 써멀베이스
30: 히트파이프 루프 40: 전면커버
41, 46: 통기홀 45: 후면커버
이하에서 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 조명장치를 나타낸 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 조명장치를 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 조명장치를 나타낸 저면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 조명장치(50)는, 엘이디 모듈(10), 써멀베이스(20) 및 히트파이프 루프(30)를 포함한다. 특히, 본 실시예의 엘이디 조명장치(50)에서는 히드파이프 루프(30)의 권선이 세장형(細長型)으로 형성되고 세장형 권선은 써멀베이스(20)에서 돌출되게 형성되므로, 엘이디 조명장치(50)는 박형화되고 높은 통기성을 확보할 수 있다.
엘이디 모듈(10)은 전기 에너지를 이용해 빛을 발산할 수 있는 엘이디(LED, 12)를 구비함으로써 조명에 필요한 빛을 발생시키는 부분이다.
도 1 및 3에 나타난 바와 같이, 본 실시예의 엘이디 모듈(10)은 엘이디(12) 및 엘이디(12)가 장착되는 기판을 포함하여 이루어진다.
써멀베이스(20)는 엘이디 모듈(10)에 발생된 열을 받아서 후술할 히트파이프 루프(30)에 전달하는 부분으로, 엘이디 모듈(10) 및 히트파이프 루프(30)를 지지하는 역할도 한다. 이 때, 본 실시예의 써멀베이스(20)는 빠른 열전달을 위하여 열전도성이 높은 물질로 이루어진다. 구체적으로, 본 실시예의 써멀베이스(20)는 구리, 알루미늄 등의 열전도성이 높은 금속으로 이루어진다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 조명장치에서 방열장치의 구성을 설명하는 도면이다.
도 4 및 도 5에 나타난 바와 같이, 본 실시예의 엘이디 조명장치(50)에서는 방열장치는 써멀베이스(20)와 히트파이프 루프(30)가 결합되어 형성된다. 이 때, 엘이디 조명장치(50)의 박형화를 위하여 써멀베이스(20)는 평판형으로 형성될 수 있다.
히트파이프 루프(30)는 써멀베이스(20)에 결합되어 써멀베이스(20)를 통하여 전달된 열을 방열하는 부분으로, 대량의 열을 신속하게 방열하기 위해 작동유체가 주입되는 세관형 히트파이프로 이루어지며 흡열부(32)와 방열부(34)를 포함한다.
특히, 본 실시예의 히트파이프 루프(30)에서 히트파이프 루프(30)를 구성하는 각 권선은 세장형(細長型)으로 형성되어 있어서 박형화에 유리하다. 또한, 세장형 권선의 방열부(34)는 써멀베이스(20)의 테두리에서 외측으로 돌출되는 구조를 가짐으로써 높은 통기성을 확보하여 방열성능을 극대화할 수 있다.
우선, 본 실시예의 히트파이프 루프(30)의 열전달 원리를 살펴본다.
본 실시예의 히트파이프 루프(30)에는 기포와 함께 작동유체가 주입된다. 그리고, 도 4에 나타난 바와 같이, 흡열부(32)는 열을 전달하는 써멀베이스(20)에 열적으로 결합되어 열을 흡수하며, 흡열부(32)와 연통된 방열부(34)는 써멀베이스(20)로부터 떨어져 위치하여 흡열부(32)로부터 전달된 열을 외부로 방출한다.
다시 말해, 본 실시예의 히트파이프 루프(30)는 유체동압을 이용한 진동세관형의 히트파이프로 이루어진다. 진동세관형 히트파이프는 세관 내부에 작동유체와 기포가 소정 비율로 주입된 후 세관 내부가 외부로부터 밀폐되는 구조를 가진다. 이에 따라, 진동세관형 히트파이프는 기포 및 작동유체의 부피팽창 및 응축에 의하여 열을 잠열 형태로 대량으로 수송하는 열전달 사이클을 가진다. 또한, 세관형으로 형성된 히트파이프는 루프는 좁은 공간에서도 넓은 표면적을 가지므로 높은 방열성능을 가진다.
구체적인 열전달 메카니즘을 살펴보면, 흡열부(32)에서는 흡수된 열량만큼 핵비등(Nucleate Boiling)이 일어나면서 흡열부(32)에 위치된 기포들이 부피 팽창을 하게 된다. 이때 세관은 일정한 내부 체적을 유지하므로, 흡열부(32)에 위치된 기포들이 부피 팽창을 한 만큼 방열부(34)에 위치된 기포들은 수축하게 된다. 따라서 세관 내의 압력 평형상태가 붕괴되면서, 히트 파이프는 작동유체 및 기포의 진동을 포함한 유동을 수반하게 되고, 이에 따라 기포의 체적 변화에 의한 온도의 승강에 의하여 잠열 수송을 함으로써 방열 기능을 수행한다.
여기서, 히트파이프 루프(30)는 열전도도가 높은 구리, 알루미늄 또는 철 등의 금속 소재로 이루어진 세관을 포함할 수 있다. 이에 따라, 열을 빠른 속도로 전도 받음과 아울러 그 내부에 주입된 기포의 체적변화를 빠르게 유발할 수 있다.
그리고, 히트파이프 루프(30)의 연통구조는 개루프(open loop)와 폐루프(close loop) 모두 가능하다. 또한, 히트파이프 루프(30)가 복수 일 때, 히트파이프 루프(30)의 전부 또는 일부는 이웃하는 히트파이프 루프(30)와 연통될 수 있다. 이에 따라, 복수의 히트파이프 루프(30)는 설계상 필요에 따라 전체적으로 개루프 또는 폐루프 형상을 가질 수도 있다.
본 실시예에서 히트파이프 루프(30)는 전체적으로 연통된 폐루프 구조를 가지며, 제작이 용이하도록 흡열부(32)와 방열부(34)를 반복적으로 형성하는 나선형 구조로 형성된다.
특히, 본 실시예에서 히트파이프 루프(30)는 박형화될 수 있도록, 히트파이프 루프(30)를 구성하는 각 권선은 세장형(細長型)으로 형성된다. 즉, 히트파이프 루프(30)를 구성하는 단위루프의 단면적 형상이 세장형으로 형성된다. 세장형이란 가늘고 긴 형상을 의미하는 것으로, 폭에 비하여 길이가 길게 형성된 형태를 지칭한다.
다수의 테스트를 반복한 결과, 세관형 히트파이프로 형성된 세장형 권선에서 폭에 대한 길이의 비율은 1:5에서 1:200 사이가 바람직한 것으로 나타났다. 히트파이프 루프(30)의 권선에서 폭의 비율이 상기 비율보다 두꺼울 경우에는 제조 후에 히트파이프 루프(30)에서 권선 간의 꼬임 및 엉킴이 빈번히 발생하는 문제, 즉 취급이 어려운 문제가 있었다. 반대로, 히트파이프 루프(30)의 권선에서 길이의 비율이 상기 비율보다 길 경우에는 제조가 어려운 문제가 있었다.
도 5에 나타난 바와 같이, 본 실시예에서는 평판형 써멀베이스(20)의 일면에 엘이디 모듈(10)이 결합되고, 써멀베이스(20)의 타면에는 세장형의 권선이 나란하게 배치되어서 엘이디 조명장치(50)는 박형화된 구조가 된다. 박형화된 엘이디 조명장치(50)는 차지하는 부피가 작고 가벼우므로, 천정등 및 가로등과 같이 설치 조건이 제약된 공간에서도 용이하게 설치될 수 있으며 운송 및 보관이 용이하다. 그러나, 세장형 권선의 배치가 본 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 세장형 권선은 필요에 따라 써멀베이스(20)에 대하여 소정의 각을 이루며 배치될 수 있다. 예를 들면, 전등갓과 같은 형태로 빛이 조사되는 면을 향할수록 직경이 넓어지는 V자 형성을 이루거나, 반대로 좁아지는 역V자 형상으로도 형성될 수 있다.
이 때, 도 4에 나타난 바와 같이, 써멀베이스(20)와 결합되어 흡열부(32) 역할을 하는 세장형 권선의 일측은, 써멀베이스(20)의 타면 중 엘이디 모듈(10)의 반대편 영역과 중첩되게 결합되어서, 방열부(34)로의 열전달 경로가 단축되고 방열성능은 더욱 향상될 수 있다.
또한, 본 실시예에서 히트파이프 루프(30)는 방열성능 확보에 필요한 높은 통기성을 확보하기 위하여, 히트파이프 루프(30)의 방열부(34)를 써멀베이스(20)에서 돌출되는 형상으로 형성한다. 이를 위해, 히트파이프 루프(30)의 흡열부(32)가 되는 세장형 권선의 일측은 써멀베이스(20)에 결합되고, 히트파이프 루프(30)의 방열부(34)가 되는 세장형 권선의 타측은 써멀베이스(20)의 테두리에서 외측으로 돌출되게 형성된다. 이에 따라, 히트파이프의 방열부(34)에는 공기가 지속적으로 통과될 수 있는 통기성이 확보된다.
엘이디 모듈(10) 주변에는 엘이디 모듈(10)에서 발생된 열로 인하여 온도차가 발생하고, 이로 인하여 엘이디 모듈(10)을 지지하는 써멀베이스(20) 테두리의 주변에는 온도차로 인한 공기의 유동이 계속적으로 발생한다. 한편, 히트파이프 루프(30)에서의 빠른 방열을 위해서는, 지속적으로 새로운 공기가 방열부(34)를 통과하는 통기성이 중요하다.
따라서, 본 실시예에서는 히트파이프 루프(30)의 방열부(34)인 세장형 권선의 타측을 공기 유동이 계속적으로 발생하는 써멀베이스(20) 테두리의 주변으로 돌출시킴으로써, 방열부(34)에 높은 통기성이 확보시켜 방열성능을 확보할 수 있다.
특히, 본 실시예의 엘이디 조명장치(50)는 가로등 장치로 사용될 때 통기성은 극대화될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 조명장치를 구비한 가로등 장치를 나타낸 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘이디 조명장치를 구비한 가로등 장치에서 방열 메커니즘을 설명하는 도면이다.
도 6에 나타난 바와 같이, 본 실시예의 엘이디 조명장치(50)가 가로등 장치로 사용될 경우에, 엘이디 모듈(10)이 지면을 향하여 배치되도록 엘이디 조명장치(50)는 기둥 등의 지지체(60)에 지지된다.
그러면, 도 7에 나타난 바와 같이, 엘이디 조명장치(50)의 빛이 조사되는 방향인 엘이디 조명장치(50)의 전면에 인접한 공기는 엘이디 모듈(10)에서 발생된 열에 의해 온도가 상승한다. 이에 따라, 엘이디 조명장치(50) 전면 및 후면의 공기 사이에는 온도차이가 발생하고, 엘이디 조명장치(50) 전면의 공기는 상대적으로 고온이면서 아래에 배치되어 있으므로 상승하여 상승기류를 형성하게 된다. 그리고, 상승하는 공기는 필연적으로 써멀베이스(20) 테두리에 돌출된 세장형 권선의 타측, 즉 히트파이프 루프(30)의 방열부(34)를 통과하게 된다. 따라서, 가로등 장치로 사용되는 엘이디 조명장치(50)의 방열부(34)에는 언제나 공기의 흐름이 형성되어 높은 통기성 확보되고 이로 인해 방열성능이 극대화될 수 있다.
이 때, 히트파이프 루프(30)는 써멀베이스(20)의 테두리를 따라 방사형으로 배치될 수 있다. 도 4에 나타난 바와 같이, 방사형 구조로 배치된 히트파이프 루프(30)는 흡열부(32) 대비 방열부(34)가 넓은 공간을 차지하여 방열부(34)의 통기성이 높아지므로 방열성능을 더욱 높일 수 있다.
한편, 본 실시예의 엘이디 조명장치(50)는 히트파이프 루프(30)를 외부로부터 보호하기 위하여 히트파이프 루프(30)를 커버하는 커버부재를 추가로 포함할 수 있다. 이 때, 통기성이 제약되지 않도록, 커버부재에는 관통된 통기홀(46)이 형성된다.
도 7에 나타난 바와 같이, 본 실시예의 커버부재는, 엘이디 조명장치(50)의 전면에 배치되어 히트파이프 루프(30)를 커버하며 투명창(43)을 지지하는 전면커버(40)와, 엘이디 조명장치(50)의 후면에 배치되어 히트파이프 루프(30)를 커버하는 후면커버(45)로 구성된다. 그리고, 히트파이프 루프(30)의 양측에 배치된 전면커버(40) 및 후면커버(45)에는 각각 통기홀(46)이 형성되어 있다. 이 때, 공기의 유동이 원활하도록, 히트파이프 루프(30)의 양측 통기홀(46)은 상호 대향되게 배치될 수 있다.
이 때, 본 실시예의 통기홀(46)은 세척구 역할도 겸할 수 있다. 히트파이프 루프(30)의 방열성능을 지속적으로 유지하기 위해서는 오물 등으로 오염된 히트파이프 루프(30)를 정기적으로 세척할 필요가 있다. 본 실시예에서 히트파이프 루프(30)는 통기홀(46)을 통한 접근이 가능하므로 통기홀(46)에 물과 같은 세척액을 주입함으로써, 커버부재를 분리하지 않고도 히트파이프 루프(30)를 용이하게 세척할 수 있다. 특히, 본 실시예의 엘이디 조명장치(50)가 가로등 장치에 사용될 경우에, 강우 시 통기홀(46)을 통하여 빗물이 유입되므로 자연적으로 히트파이프 루프(30)가 세척될 수 있다.
또한, 커버부재의 후면은 태양광으로부터 히트파이프 루프(30)를 커버하는 차양막 역할도 할 수 있다. 도 6에 나타난 바와 같이, 본 실시예의 후면커버(45)는 태양이 비출 때 히트파이프 루프(30)에 그늘을 형성한다. 이에 따라, 히트파이프 루프(30)가 직사광선에 노출되는 면적을 최소화함으로써, 히트파이프 루프(30) 내부의 작동유체가 불필요하게 가열되거나 히트파이프 루프(30) 자체의 산화가 심해져서 방열성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.
본 발명에 따르면, 넓은 방열면적과 높은 열전달 성능을 가지면서도 엘이디 조명장치를 박형화하여, 설치의 제약을 극복하고 보관 및 운송을 용이하게 할 수 있다.
또한, 공기의 대류를 이용하여 높은 통기성을 구현하므로, 엘이디 조명장치의 방열성능을 극대화할 수 있다.
또한, 태양빛 및 오물 등의 외부 환경요인에 의한 엘이디 조명장치의 방열성능 저하를 방지할 수 있다.

Claims (9)

  1. 엘이디(LED) 모듈;
    상기 엘이디 모듈에 결합되어 열을 흡수하는 써멀베이스; 및
    세관형으로 형성되어 작동유체가 주입되며, 상기 써멀베이스에 결합되어 열을 흡수하는 흡열부 및 상기 흡열부에서 흡수된 열을 방출하는 방열부를 구비한 히트파이프 루프를 포함하고,
    상기 히트파이프 루프의 각 권선은 세장형(細長型)으로 형성되어 있으며, 상기 세장형 권선의 일측은 상기 써멀베이스에 결합되어 있고 상기 세장형 권선의 타측은 상기 써멀베이스의 테두리에서 외측으로 돌출된 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세장형 권선에서,
    폭과 길이의 비율은 1:5 내지 1:200인 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 히트파이프 루프는,
    상기 써멀베이스의 테두리를 따라 방사형으로 배치된 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 써멀베이스는 평판형으로 형성되어 있으며,
    상기 써멀베이스의 일면에는 상기 엘이디 모듈이 결합되어 있고,
    상기 써멀베이스의 타면에는 상기 세장형 권선이 나란하게 배치되어 박형화된 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 써멀베이스의 타면 중 상기 엘이디 모듈의 반대편 영역은 상기 세장형 권선의 일측과 중첩된 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 히트파이프 루프를 커버하고 있으며, 상기 히트파이프 루프의 양측에 각각 통기홀이 형성된 커버부재를 더 포함하는 엘이디 조명장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 커버부재에서,
    상기 히트파이프 루프의 양측 통기홀은 대향되게 배치된 것을 특징으로 하는 엘이디 조명장치.
  8. 제6항에 따른 상기 엘이디 조명장치; 및
    상기 엘이디 조명장치를 지지하는 지지체를 포함하고,
    상기 엘이디 모듈은 지면을 향하도록 배치되어 있으며,
    상기 엘이디 조명장치 전면 및 후면의 온도차이로 인하여 발생하는 상승기류는, 상기 통기홀을 통하여 상기 히트파이프 루프를 통과하는 것을 특징으로 하는 가로등 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 커버부재는,
    태양광으로부터 상기 히트파이프 루프를 커버하도록, 상기 엘이디 조명장치의 후면에 배치된 후면커버; 및
    상기 엘이디 조명장치의 전면에 배치되어 상기 히트파이프 루프를 커버하는 전면커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 가로등 장치.
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