KR100997760B1 - 조명기구 - Google Patents

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Abstract

조명기구가 개시되어 있다. 이 조명기구는 광을 조사하는 광원과; 광원으로부터 전달되는 열을 방출하는 히트파이프형 방열유니트를 포함하고, 히트파이프형 방열유니트는, 내부에 작동유체가 주입되도록 구성되고, 중앙 영역이 개방되도록 광원에 대해 방사상으로 배치된 나선형 파이프 루프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

조명기구{ILLUMINATING DEVICE}
본 발명은 조명기구에 관한 것으로서, 상세하게는 히트파이프형 방열유니트를 채용한 조명기구에 관한 것이다.
최근 들어, 발광다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 광원으로 이용한 조명기구가 새롭게 대두되고 있다. 이 조명기구는 전력소모가 적고 절전 효과 좋으며, LED의 특성상 반영구적으로 사용할 수 있기 때문에 내구성이 좋다는 장점이 있다. 한편, 이 조명기구는 고전류, 고휘도의 칩으로 구성된 고출력 LED를 이용하므로, 조명시 열이 많이 발생하는 문제점이 있다.
이 문제를 해결하기 위하여, 방열핀형 방열유니트를 채용한 조명기구가 알려져 있다.
그러나 종래 방열핀형 방열유니트를 채용한 조명기구는 무게가 무겁고 제조비용이 높다는 단점이 있다. 또한 천정과 같은 높은 곳에 설치되는 경우 추락의 위험이 있다.
또한 방열핀형 방열유니트의 기능적 한계로 인해 방열효율이 떨어진다는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 무게가 가볍고 방열효율이 높은 조명기구를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 조명기구는, 광을 조사하는 광원과; 상기 광원으로부터 전달되는 열을 방출하는 히트파이프형 방열유니트를 포함하고, 상기 히트파이프형 방열유니트는, 내부에 작동유체가 주입되도록 구성되고, 중앙 영역이 개방되도록 상기 광원에 대해 방사상으로 배치된 나선형 파이프 루프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 파이프 루프는 하나의 폐루프 또는 개루프를 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 조명기구는 상기 파이프 루프와 상기 광원 사이에 배치된 흡열판을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 조명기구는, 상기 광원과 상기 히트파이프형 방열유니트가 내장되고 공기유동구가 형성된 하우징을 더 포함할 수 있고, 상기 광원에서 발생한 열은 상기 히트파이프형 방열유니트를 거쳐 상기 하우징의 공기유동구를 통해 외부로 방출될 수 있다.
상기 하우징은, 전기 소켓에 결합되는 소켓결합부와; 상기 소켓결합부와 연결되고, 상기 공기유동구가 형성된 본체부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 조명기구는 상기 하우징에 내장된 기판을 더 포함할 수 있 고, 상기 광원은 상기 기판 상에 실장된 복수의 발광다이오드를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 조명기구는 상기 하우징에 내장되고 입력된 교류전원을 직류전원으로 변환 및 조절하여 상기 발광다이오드에 인가하는 컨버터를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 조명기구는 상기 광원의 전방에 배치되고 상기 하우징에 결합된 광학부재를 더 포함할 수 있고, 상기 광학부재와 상기 기판에는 각각 공기유동구가 형성될 수 있다.
상기 히트파이프형 방열유니트는 상기 기판과 상기 컨버터 사이에 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 조명기구는 상기 하우징 내의 공간을 외측공간과 내측공간으로 나누는 구획부재를 더 포함할 수 있고, 상기 히트파이프형 방열유니트는 상기 외측공간에, 상기 컨버터는 상기 내측공간에 각각 마련될 수 있다.
상기 구획부재는, 양단부가 개방된 속이 빈 절두원추체 형상을 가지며, 상기 컨버터에 대향하는 일단부의 직경이 상기 기판에 대향하는 타단부의 직경보다 크도록 배치될 수 있다.
상기 기판은, 상호 이격되게 적층 배치되고 상호 대응하는 위치에 상기 공기유동구가 각각 형성된 복수의 기판을 포함할 수 있고, 상기 복수의 발광다이오드는 상기 복수의 기판에 각각 나누어 실장될 수 있고, 상기 복수의 기판 중 상층에 배치된 기판에는 하층에 배치된 기판에 실장된 발광다이오드에서 조사된 광이 통과되는 투광부가 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 조명기구는 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 히트파이프형 방열유니트를 채용함으로써 조명기구의 무게를 줄이고 방열효율을 높일 수 있다.
둘째, 방사상 히트파이프형 방열유니트를 채용함으로써 열을 전방위적으로 고르게 방출할 수 있다.
셋째, 히트파이프형 방열유니트를 내장함으로써 외관을 심플하게 하고 하우징 내부공간을 효과적으로 사용할 수 있다.
넷째, 하우징, 광학부재, 기판에 공기유동구를 형성함으로써 자연대류에 의해 방열효율을 높일 수 있다.
다섯째, 하우징 내부공간을 구획함으로써 광원에서 발생한 열과 컨버터에서 발생한 열을 각각 독립적으로 방출할 수 있다.
여섯째, 광원을 복수의 기판에 나누어 실장함으로써 하나의 기판에 실장되는 광원의 개수를 줄이고 이웃하는 광원 사이의 간격을 넓게 하여 열 간섭을 줄일 수 있고, 이에 의해 방열효율을 높일 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 조명기구를 상세히 설명하기로 한다. 서로 다른 실시예들을 설명할 때 동일하거나 유사한 구성요소들은 필요에 따라 설명을 생략할 수 있다.
도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 조명기구를 보인 분리사시 도와 단면도이다.
도면들을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 조명기구는 광을 조사하는 광원(10)과; 광원(10)에서 발생하는 열을 방출하는 히트파이프형 방열유니트(100)를 포함한다.
광원(10)은 복수의 발광다이오드(LED)(11)로 구현되는 것이 바람직하나, 이에 한하지 않으며, 공지된 다양한 형태의 광원으로 구현될 수 있다. 발광다이오드(11)는 반도체 칩 형태로 모듈화된 구성을 갖는다. 발광다이오드(11)에는 교류전원 또는 직류전원이 인가될 수 있다.
히트파이프형 방열유니트(100)는 내부에 기포(115)와 함께 작동유체(111)가 주입되도록 구성되고, 광원(10)에 대해 방사상으로 배치되고, 중앙영역이 개방된 실린더형 파이프 루프(101)를 포함하여 구성된다. 파이프 루프(101)는 전체적으로 하나의 폐루프 또는 개루프를 형성할 수 있다. 방열면적을 최대화하기 위하여 파이프 루프(101)를 구성하는 개개의 나선형 루프들은 상호 인접하게 배치된다.
파이프 루프(101)는 광원(10)에서 발생된 열을 빠른 속도로 전도 받음과 아울러 그 내부에 주입된 기포의 체적변화를 빠르게 유발할 수 있도록, 열전도도가 높은 구리, 알루미늄 또는 이들의 합금과 같은 금속 소재로 이루어질 수 있다.
파이프 루프(101)는 흡열부(101a)와, 발열부(101b)를 포함한다. 흡열부(101a)는 광원(10)에 인접 배치되며, 광원(10)에서 발생한 열을 흡수한다. 방열부(101b)는 흡열부(101a)와 연통되며, 흡열부(101a)로부터 전달된 열을 외부로 방출한다.
히트파이프형 방열유니트(100)는 흡열부(101a)에 마련되며 광원(10)과 접촉하는 흡열판(103)을 더 포함할 수 있다. 흡열판(103)은 광원(10)에서 방열된 열을 일차적으로 흡수하여 흡열부(101a)로 전달하며, 파이프 루프(101)를 고정하는 역할도 한다. 흡열판(103)은 열전도도가 높은 구리, 알루미늄 또는 이들의 합금과 같은 금속 소재로 이루어질 수 있다.
히트파이프형 방열유니트(100)는 유체동압(FDP: Fluid Dynamic Pressure)형으로서, 예컨대 진동세관형 히트파이프 메커니즘을 채용한다. 이하 진동세관형 히트파이프의 기본적인 동작원리를 살펴보기로 한다.
진동세관형 히트파이프는 세관(細管) 내부에 작동유체(111)와 기포(115)를 소정 비율로 주입한 후 세관 내부를 외부로부터 밀폐시킨 구조를 가진다. 이 히트파이프는 작동유체(111)와 기포(115)의 부피 팽창 및 수축에 의하여 열을 잠열 형태로 대량으로 수송하는 열전달 메커니즘을 가진다.
기본적인 원리를 살펴보면, 흡열부(101a)에서는 흡수된 열량만큼 핵비등(Nucleate Boiling)이 일어나면서 흡열부(101a)에 위치된 기포들이 부피 팽창을 하게 된다. 이때 세관은 일정한 내부 체적을 유지하므로, 흡열부(101a)에 위치된 기포들이 부피 팽창을 한 만큼 방열부(101b)에 위치된 기포들은 수축하게 된다. 따라서 세관 내의 압력평형이 붕괴되면서, 히트파이프는 작동유체(111) 및 기포(115)의 진동을 포함한 유동을 수반하게 된다. 이와 같이 기포(115)의 체적 변화에 의하여 잠열을 수송함으로써 방열 기능을 수행한다.
진동세관형 히트파이프는 일반적인 히트파이프와 달리 윅(wick)을 포함하지 않으므로 제작이 용이하다. 또한, 반드시 방열부가 흡열부의 하부에 위치되어야 하는 서모사이폰(thermosyphon)식 히트파이프에 비하여 설치 방향에 제약이 적다. 또한, 방열핀형 방열장치와는 열수송 방식을 달리하므로 구조적 제약을 받지 않고, 이에 따라 발열원의 종류나 형상에 따라 크기나 형상을 다양화할 수 있다.
본 발명에 따른 조명기구는 광원(10)과 히트파이프형 방열유니트(100)가 내장되는 하우징(30)을 더 포함할 수 있다. 하우징(30)은 전기 소켓(미도시)에 결합되는 소켓결합부(31)와, 소켓결합부(31)와 연결되고 광원(10)이 내장되는 본체부(33)를 포함한다. 본체부(33)에는 공기유동구(35)가 관통 형성되어 있다. 도 1은 복수의 공기유동구(35)가 본체부(33) 전체에 걸쳐 여러 층으로 배치된 구성을 예로 들어 나타낸 것이다. 이러한 구성에 따라, 광원(10)에서 발생한 열이 히트파이프형 방열유니트(100)를 거쳐 하우징(30)의 공기유동구(35)를 통해 외부로 방출될 수 있다.
본 발명에 따른 조명기구는 광원(10), 예컨대 복수의 발광다이오드(11)가 실장되는 기판(40)을 더 포함할 수 있다. 기판(40)의 중앙영역에는 공기유동구(40a)가 형성되어 있다. 도 1에는 하나의 공기유동구(40a)가 기판(40)의 중앙영역에 형성되어 있지만, 공기유동구(40a)의 개수와 위치는 설계상 필요에 따라 적절히 변경될 수 있다.
본 발명에 따른 조명기구는 광원(10)의 전방에서 하우징(30)에 결합되는 광학부재(50)를 더 포함할 수 있다. 광학부재(50)는 투명한 글래스 또는 플라스틱 재질로 형성될 수 있으며, 가공 형태에 따라서 광원(10)에서 조사된 광을 집속 또는 발산시킨다.
광학부재(50)에는 공기유동구(51)가 형성되어 있다. 공기유동구(51)는 광학부재(50)의 중앙부(50a)에 하나로 형성되거나, 광학부재(50)의 주변부(50b)에 복수로 형성될 수 있다. 또는 도 1에 도시된 바와 같이 중앙부(50a) 및 주변부(50b)에 함께 형성될 수 있다.
공기유동구(51)의 위치와 개수는 설계상 필요에 따라 적절히 변경될 수 있으며, 공기유동구(51)의 개구 면적을 최대화하는 동시에 광학부재(50)의 광학성능 저하를 최소화하도록 설계될 수 있다. 예컨대, 광학부재(50)가 광을 집속하는 경우에는 복수의 공기유동구(51)가 광학부재(50)의 주변부(50b)에 형성될 수 있고, 광학부재(50)가 광을 발산하는 경우에는 하나의 공기유동구(51)가 광학부재(50)의 중앙부(50a)에 형성될 수 있다.
발광다이오드(11)에 직류전원이 인가되는 경우, 본 발명에 따른 조명기구는 하우징(30)에 내장되는 컨버터(60)를 더 포함할 수 있다. 이 컨버터(60)는 입력된 교류전원을 직류전원으로 변환 및 조절하여 발광다이오드(11)에 인가한다. 이와 같이, 하우징(30)에 컨버터(60)를 내장함으로써 교류 전원이 인가되는 환경, 예컨대 통상의 백열전구가 끼워지는 가정용 전기 소켓에 본 발명에 따른 조명기구를 간편하게 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 조명기구는 하우징(30) 내의 기판(40)과 컨버터(60) 사이의 공간을 외측공간(30a)과 내측공간(30b)으로 나누는 구획부재(70)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 히트파이프형 방열유니트(100)는 외측공간(30a)에 배치되고, 컨버 터(60)는 내측공간(30b)에 배치된다.
구획부재(70)는 양단부가 개방되고 속이 빈 절두원추체 형상을 가지며, 기판(40)에 대향되는 일단부의 직경보다 컨버터(60)에 대향되는 타단부의 직경이 크도록 배치될 수 있다. 이 경우 방사상으로 배치된 실린더형 파이프 루프(101)의 내측은 구획부재(70)의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있고, 이에 의해 하우징(30) 내부의 공간 효율성을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 구획부재(70)를 통하여 히트파이프형 방열유니트(100)와 컨버터(60)를 구분 배치함으로써, 히트파이프형 방열유니트(100)를 통해 방출되는 열이 컨버터(60)로 향하는 것을 방지할 수 있다.
컨버터(60)에서 발생한 열은 광학부재(50)의 공기유동구(51), 기판(40)의 공기유동구(40a), 히트파이프형 방열유니트(100)의 개방된 중앙 영역, 구획부재(70)의 개방된 양단부, 그리고 하우징(30)의 공기유동구(35)를 통하는 공기의 유동에 의해 자연대류에 의해 독자적으로 외부로 방출된다. 여기서, 공기의 유동을 원활하게 하기 위하여 컨버터(60)와 구획부재(70) 사이에는 적절한 공간이 형성되거나, 컨버터(60)에 도시되지 않은 공기유동구가 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 조명기구의 분리사시도이다.
도면을 참조하면, 기판(40)은 상호 이격되게 적층 배치된 복수의 기판(41)(45)을 포함할 수 있다. 복수의 발광다이오드(11)는 복수의 기판(41)(45)에 각각 나뉘어 실장된다.
복수의 기판 중 상층에 배치된 기판(41)에는 복수의 발광다이오드(11a)와 복 수의 투광부(41a)가 교번 배치되어 있다. 투광부(41a)는 복수의 기판 중 하층에 배치된 기판(45)에 실장된 복수의 발광다이오드(11b)에서 조사된 광이 통과되는 영역이다.
이처럼 복수의 발광다이오드(11)를 복수의 기판(41)(45) 상에 나누어 실장하면 하나의 기판에 실장되는 발광다이오드의 개수를 줄일 수 있고, 이웃하는 발광다이오드 사이의 간격을 넓게 유지하여 열 간섭을 줄일 수 있다. 이에 따라, 방열효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 조명기구를 보인 분리 사시도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 조명기구를 보인 단면도.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 조명기구를 보인 분리 사시도.
* 도면의 참조번호 리스트
10: 광원 30: 하우징
31: 소켓 결합부 33: 본체부
35: 공기유동구 40, 41, 45: 기판
40a: 공기유동구 50: 광학부재
51: 공기유동구 60: 컨버터
70: 구획부재 100: 히트파이프형 방열유니트
101: 파이프 루프 101a: 흡열부
101b: 방열부 103: 흡열판
111: 작동유체 115: 기포

Claims (12)

  1. 조명기구에 있어서,
    광을 조사하는 광원과;
    상기 광원으로부터 전달되는 열을 방출하는 히트파이프형 방열유니트를 포함하고,
    상기 히트파이프형 방열유니트는, 내부에 작동유체가 주입되도록 구성되고, 중앙 영역이 개방되도록 상기 광원에 대해 방사상으로 배치된 나선형 파이프 루프를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명기구.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파이프 루프는 하나의 폐루프 또는 개루프를 형성하는 것을 특징으로 하는 조명기구.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 파이프 루프와 상기 광원 사이에 배치된 흡열판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명기구.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원과 상기 히트파이프형 방열유니트가 내장되고, 공기유동구가 형성 된 하우징을 더 포함하고,
    상기 광원에서 발생한 열이 상기 히트파이프형 방열유니트를 거쳐 상기 하우징의 공기유동구를 통해 외부로 방출되는 것을 특징으로 하는 조명기구.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하우징은,
    전기 소켓에 결합되는 소켓결합부와;
    상기 소켓결합부와 연결되고, 상기 공기유동구가 형성된 본체부를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명기구.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하우징에 내장된 기판을 더 포함하고,
    상기 광원은 상기 기판 상에 실장된 복수의 발광다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명기구.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하우징에 내장되고, 입력된 교류전원을 직류전원으로 변환 및 조절하여 상기 발광다이오드에 인가하는 컨버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명기구.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광원의 전방에 배치되고, 상기 하우징에 결합된 광학부재를 더 포함하고,
    상기 광학부재와 상기 기판에는 각각 공기유동구가 형성된 것을 특징으로 하는 조명기구.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 히트파이프형 방열유니트는 상기 기판과 상기 컨버터 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 조명기구.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 하우징 내의 공간을 외측공간과 내측공간으로 나누는 구획부재를 더 포함하고,
    상기 히트파이프형 방열유니트는 상기 외측공간에 마련되고, 상기 컨버터는 상기 내측공간에 마련된 것을 특징으로 하는 조명기구.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 구획부재는,
    양단부가 개방된 속이 빈 절두원추체 형상을 가지며, 상기 컨버터에 대향하는 일단부의 직경이 상기 기판에 대향하는 타단부의 직경보다 크도록 배치된 것을 특징으로 하는 조명기구.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기판은, 상호 이격되게 적층 배치되고, 상호 대응하는 위치에 상기 공기유동구가 각각 형성된 복수의 기판을 포함하고,
    상기 복수의 발광다이오드는 상기 복수의 기판에 각각 나누어 실장되며,
    상기 복수의 기판 중 상층에 배치된 기판에는 하층에 배치된 기판에 실장된 발광다이오드에서 조사된 광이 통과되는 투광부가 형성된 것을 특징으로 하는 조명기구.
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