KR101787073B1 - Heat dissipation frame for Carbon nanotube and LED lighting apparatus therewith - Google Patents
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Abstract
본 발명은 방열몸체 또는 방열 어셈블리의 재질을 종래의 알루미늄이 아닌 탄소나노튜브 방열소재로 대체함으로써 열전도율, 열방출속도 및 열방출율을 현저히 높일 수 있고, 방열 어셈블리들이 방열몸체의 외측면에 슬라이딩 방식으로 부착되도록 구성됨으로써 장비점검 및 교체가 용이하게 이루어질 수 있으며, LED 기판에 대접되는 방열 어셈블리의 대접판들이 만곡부에 의해 서로 이격되게 형성됨으로써 열 교환이 더욱 활발하게 이루어지도록 하여 방열효율을 더욱 높일 수 있으며, 탄소나노튜브 방열소재 제조 시 1차 볼밀링 단계 및 2차 볼밀링 단계를 통해 열전도율이 높은 탄소복합소재 및 금속분말을 미세 입자로 파쇄 및 혼합시킴과 동시에 분산단계를 통해 탄소복합소재의 분산성을 확보하도록 함으로써 종래의 알루미늄에 비교하여 열전도율이 우수함과 동시에 부피 및 체적을 절감하여 경량화 제작을 유도할 수 있으며, 생산 원가를 절감시킬 수 있는 탄소나노튜브 방열프레임 및 이를 구비한 LED 조명장치에 관한 것이다.The present invention can significantly improve the thermal conductivity, the heat release rate and the heat release rate by replacing the material of the heat dissipating body or the heat dissipation assembly with the conventional heat dissipation material of the carbon nanotube instead of aluminum, and the heat dissipation assemblies can be slid on the outer surface of the heat dissipation body So that the equipment can be easily checked and replaced. Also, since the heat insulating plates of the heat radiation assemblies that are provided on the LED substrate are spaced apart from each other by the curved portions, heat exchange is more actively performed, , Carbon nanotube heat dissipation materials are produced by crushing and mixing carbon composite materials and metal powders with high thermal conductivity through fine particles, through the first ball milling step and the second ball milling step, and dispersing the carbon composite material So that the thermal conductivity The present invention relates to a carbon nanotube heat dissipating frame and a LED lighting device having the carbon nanotube heat dissipating frame, which can reduce the volume and volume of the carbon nanotube.
Description
본 발명은 탄소나노튜브 방열프레임 및 이를 구비한 LED 조명장치에 관한 것으로서, 상세하게로는 종래의 알루미늄 재질의 방열 프레임에 비교하여 방열효율이 개선됨과 동시에 부피 및 체적이 절감되어 소형화 제작을 유도할 수 있고, 생산원가가 절감되며, 조립성을 높인 탄소나노튜브 방열프레임 및 이를 구비한 LED 조명장치에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon nanotube heat dissipating frame and an LED lighting device having the same, and more particularly, to a heat dissipating frame which is improved in heat radiation efficiency as compared with a conventional aluminum heat radiating frame, The present invention relates to a carbon nanotube heat dissipation frame and an LED lighting device having the carbon nanotube heat dissipation frame.
일반적으로, 조명장치란 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 광원을 제공하는 장치로 정의되고, 조명산업 및 인프라가 발달함에 따라 전체 전기사용량의 대략 20%가 조명을 위한 목적으로 사용되고 있다.In general, a lighting device is defined as a device that converts light energy into electrical energy to provide a light source. As the lighting industry and infrastructure develop, approximately 20% of the total electricity consumption is used for illumination purposes.
특히 LED 조명장치는 소비전력이 낮아 에너지 자원을 절감시킬 수 있으며, 수은, 온실가스(CO2) 등과 같은 폐기물 배출이 적은 친환경 소재이며, 다양한 조명연출이 가능하고, 수명이 길어 운영비용을 절감시킬 수 있는 장점으로 인해 차세대 조명으로 각광받고 있다.In particular, LED lighting devices can save energy resources due to low power consumption, and are eco-friendly materials such as mercury and greenhouse gases (CO2) that emit less waste. And it has been attracting attention as a next-generation lighting.
그러나 LED 조명장치는 작은 소자에서 고휘도의 빛이 출사되기 때문에 소자에서 국부적인 열이 발생하며, 특히 최근 들어 제품의 소형화 및 집적화가 요구됨에 따라 LED 칩이 밀집되게 설치되는 경우 LED 발광 시 발생되는 열에 의하여 회로가 정상적으로 동작되지 않거나, LED 수명이 단축되는 등의 문제점이 발생하게 된다.However, since the LED lighting device emits light of a high luminance from a small device, local heat is generated in the device. In particular, in recent years, when miniaturization and integration of a product are required, when LED chips are installed in a dense manner, The circuit is not normally operated, or the life of the LED is shortened.
즉 LED 조명장치는 LED 발광 시 발생되는 열을 적절하게 방열시키지 못할 경우, 본래의 성능 및 수명에 심대한 영향이 발생하기 때문에 방열효율을 극대화시키기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.That is, when the LED lighting device fails to appropriately heat the heat generated when the LED light is emitted, the performance and the life of the LED lighting device are seriously affected. Therefore, various studies are being conducted to maximize the heat radiation efficiency.
이에 따라 본 발명의 출원인은 국내등록특허 제10-1147962호(발명의 명칭 : LED 등기구), 국내등록특허 제10-1239123호(발명의 명칭 : LED 등기구), 국내등록특허 제10-1256865호(발명의 명칭 : 조명용 엘이디 램프), 국내등록특허 제10-1200309호(발명의 명칭 : LED 증기구)를 통해 방열 효율을 높일 수 있는 방열프레임을 연구하여 특허 등록받았고, 이들 중 하나를 예를 들어 설명하기로 한다.Accordingly, the applicant of the present invention has proposed a light emitting diode (LED) lighting device having a light emitting diode (LED), a light emitting diode (LED) A heat-radiating frame capable of raising the heat-dissipating efficiency through the use of a heat-radiating frame made of a heat-radiating plate, I will explain.
도 1은 국내등록특허 제10-1200309호(발명의 명칭 : LED 등기구)에 개시된 방열 프레임을 나타내는 사시도이다.1 is a perspective view showing a heat dissipation frame disclosed in Korean Patent No. 10-1200309 (entitled: LED lamp).
도 1의 방열 프레임(이하 종래기술이라고 함)(100)은 상하 길이방향을 갖는 사각 기둥형상으로 형성되며, 사각 기둥의 각면에 형성되는 기판 접촉면(137), (137'), (137''), (137''')들과, 기판 접촉면(137), (137'), (137''), (137''')들의 연접부에 형성되는 통풍부(145), (145'), (145''), (145''')들로 이루어진다.The
또한 종래기술(100)은 길이 방향으로 내부에 공기가 통과되는 통로인 통공(133)이 형성되고, 통공(133)은 상하부가 개구되어 외부의 차가운 공기가 하부 개구부를 통해 유입되되 내부에서 열 교환된 더운 공기들은 상부 개구부를 통해 외부로 배출된다.In the
또한 종래기술(100)의 내면에는 내면으로부터 내측으로 돌출되는 방열날개(134)들이 길이 방향으로 연결되게 형성되고, 방열날개(134)는 LED 모듈(미도시)에 의해 발생된 열이 외부로부터 유입된 차가운 공기에 접촉되는 방열면적을 증가시킨다.In addition, the
이와 같이 구성되는 종래기술(100)은 다양한 각도를 갖는 각면에 형성된 기판 접촉면에 LED 모듈이 설치됨으로써 빛의 균제도가 개선되며, 확산 커버의 외측으로 방열 프레임의 통풍부가 돌출되도록 함으로써 통풍부가 공기에 노출되도록 함으로써 열 교환이 활발하게 이루어지도록 하여 방열효율을 극대화시킬 수 있다.In the
다시 말하면, LED 등기구에 적용되는 방열 프레임의 방열효율을 높이기 위한 방법은 1)도 1에서 전술하였던 바와 같이 프레임의 구조 및 형상의 변형을 이용한 것과, 2)프레임을 형성하는 조성물 자체의 열전도성을 높이는 것으로 이루어질 수 있으나, 종래기술(100)은 단순히 알루미늄 재질로 제조되는 프레임의 구조 및 형상을 변형시킨 것이기 때문에 방열효율의 증가율에 한계를 갖게 된다.In other words, the method for increasing the heat radiation efficiency of the heat radiation frame applied to the LED lamp is as follows: 1) the modification of the structure and the shape of the frame as described above in FIG. 1; and 2) the thermal conductivity of the composition forming the frame However, since the structure and the shape of the frame made of aluminum material are simply modified by the
또한 종래기술(100)은 알루미늄이 높은 비중을 갖는 특성으로 인해 소망의 방열효과를 갖기 위해서는 제품의 무게 및 체적이 과도하게 증가하고, 이에 따라 최근 추세인 소형화 및 집적화를 충족시키지 못하는 단점을 갖는다.In addition, the
또한 종래기술(100)은 고비용의 알루미늄 재질로 프레임을 제조함에 따라 제품의 제조원가를 증가시키는 문제점이 발생한다.In addition, the
또한 프레임의 구조 및 형상의 관점으로 바라보았을 때, 종래기술(100)은 LED 기판이 대접되는 기판 접촉면(137), (137‘), (137’‘), (137’‘’)들이 공기와 접촉되는 면이, 통공(133)에 연결되는 후면으로만 한정되기 때문에 방열 효율을 높이는데 구조적 한계를 갖는다.In view of the structure and the shape of the frame, the
또한 종래기술(100)은 장비점검 및 교체 시 기판 접촉면(137), (137‘), (137’‘), (137’‘’)들에 부착된 LED 기판 및 확산판을 슬라이딩 방식으로 상부로 밀어 LED 기판 및 확산판을 기판 접촉면으로부터 분해시켜야 하나, 이러한 경우 장비점검 및 교체가 완료된 LED 기판 및 확산판을 기판접촉면으로 슬라이딩 삽입시킨 이후 방수처리를 위한 후처리를 별도로 수행하여야하기 때문에 작업이 번거롭고 복잡한 구조적 한계를 갖는다.In addition, the
즉 제품의 슬림화 및 발열이 높은 LED 모듈의 특성에 따라 1)방열프레임의 구조 및 형상의 변형을 통해 방열효율 뿐만 아니라 조립성을 높일 수 있고, 2)기존의 알루미늄 소재를 대체할 수 있는 소재 변형을 통해 방열효율을 극대화시키기 위한 연구가 시급한 실정이다.In other words, depending on the characteristics of the LED module, which is slimmer and heat-generating, it can increase the assembly efficiency as well as heat efficiency by changing the structure and shape of the heat-radiating frame. 2) It is urgent to research to maximize the heat efficiency.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결과제는 방열몸체 또는 방열 어셈블리의 재질을 종래의 알루미늄이 아닌 탄소나노튜브 방열소재로 대체함으로써 열전도율, 열방출속도 및 열방출율을 현저히 높일 수 있는 탄소나노튜브 방열프레임 및 이를 구비한 LED 조명장치를 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a heat dissipating body or a heat dissipating assembly which can replace a conventional aluminum material with a carbon nanotube heat dissipating material, thereby significantly increasing thermal conductivity, And a LED lighting device having the same.
또한 본 발명의 다른 해결과제는 방열몸체의 외측면에 가이드 홈들을 구비하되, 방열 어셈블리들이 가이드 홈들로 슬라이딩 방식으로 부착되도록 구성됨으로써 조립 및 분해가 용이하게 이루어져 장비점검 및 교체가 용이하게 이루어질 수 있는 탄소나노튜브 방열프레임 및 이를 구비한 LED 조명장치를 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a heat dissipating body having guide grooves on an outer surface of a heat dissipating body, wherein the heat dissipating assemblies are slidably attached to the guide grooves, thereby facilitating assembly and disassembly, A carbon nanotube heat dissipating frame and an LED lighting device having the same.
또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 방열몸체에 부착되는 방열 어셈블리들이 알루미늄 재질의 회백색을 띠는 제1 방열 어셈블리와, 탄소나노튜브 방열소대 재질의 흑색을 띠는 제2 방열 어셈블리들로 이루어지되, 제1, 2 방열 어셈블리들이 방열몸체의 외측면에 교차되게 교대로 설치되도록 구성됨으로써 심미성, 미관효율 및 디자인효과를 높일 수 있는 및 디자인 효과를 극대화시킬 수 있는 탄소나노튜브 방열프레임 및 이를 구비한 LED 조명장치를 제공하기 위한 것이다.According to another aspect of the present invention, there is provided a heat dissipating structure, comprising: a heat dissipation assembly attached to a heat dissipation body comprises a first heat dissipation assembly having an off-white color of aluminum, and second heat dissipation assemblies having a black color of a carbon nanotube dissipation platoon, The first and second heat dissipation assemblies are alternately arranged on the outer surface of the heat dissipation body so that the aesthetic, aesthetic efficiency and design effect can be enhanced, and the design effect can be maximized. And to provide a lighting device.
또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 LED 기판에 대접되는 방열 어셈블리의 대접판들이 만곡부에 의해 서로 이격되게 형성됨으로써 열 교환이 더욱 활발하게 이루어지도록 하여 방열효율을 더욱 높일 수 있는 탄소나노튜브 방열프레임 및 이를 구비한 LED 조명장치를 제공하기 위한 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a carbon nanotube heat dissipating frame capable of further enhancing the heat radiation efficiency by allowing the heat exchanging plates of the heat dissipating assembly to be separated from each other by the curved portions, And to provide an LED lighting device having the LED lighting device.
또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 조립 시 방열플레이트의 방열판에 대접되는 방열 어셈블리의 만곡부의 하단부의 내주면에 나사산을 형성함과 동시에 이에 대응되는 위치의 방열판에 볼트공들을 형성함으로써 방열 어셈블리를 방열몸체 및 방열플레이트에 견고하게 결합시킬 수 있을 뿐만 아니라 볼트의 헤드가 방열판의 대접면에 대향되는 면에 노출되어 볼트 체결 및 분해가 용이하게 이루어질 수 있는 탄소나노튜브 방열프레임 및 이를 구비한 LED 조명장치를 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a heat dissipating assembly which is characterized in that a thread is formed on the inner circumferential surface of the lower end portion of the curved portion of the heat dissipating assembly and the bolt holes are formed in the corresponding heat dissipating plate, And the heat dissipation plate, as well as the head of the bolt is exposed to a surface of the heat dissipation plate opposite to the surface of the heat dissipation plate, so that bolt fastening and disassembly can be facilitated, and an LED lighting device having the same .
또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 탄소나노튜브 방열소재 제조 시 1차 볼밀링 단계 및 2차 볼밀링 단계를 통해 열전도율이 높은 탄소복합소재 및 금속분말을 미세 입자로 파쇄 및 혼합시킴과 동시에 분산단계를 통해 탄소복합소재의 분산성을 확보하도록 함으로써 종래의 알루미늄에 비교하여 열전도율이 우수함과 동시에 부피 및 체적을 절감하여 경량화 제작을 유도할 수 있으며, 생산 원가를 절감시킬 수 있는 탄소나노튜브 방열프레임 및 이를 구비한 LED 조명장치를 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a carbon nanotube heat dissipation material by crushing and mixing a carbon composite material and a metal powder having high thermal conductivity into fine particles through a first ball milling step and a second ball milling step, The carbon nanotube heat-radiating frame and the carbon nanotube heat-radiating frame, which can reduce the volume and volume of the carbon nanotube, And to provide an LED lighting device having the LED lighting device.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결수단은 LED 모듈들이 실장되는 LED 기판들과, 상기 LED 모듈들에 의해 발생되는 열을 방열시키는 방열프레임을 포함하는 LED 조명장치에 있어서: 상기 방열프레임은 중앙에 통공이 형성된 원판 형상의 방열판을 포함하는 방열플레이트; 상하부가 개구되어 내부에 공기 이동공이 형성되는 원통 형상으로 형성되며, 상기 방열플레이트의 일면인 대접면에 수직 설치되는 방열몸체; 상기 LED 기판들 중 어느 하나가 대접되게 설치되는 대접판을 포함하며, 상기 방열몸체의 외측면에 원호를 따라 간격을 두고 탈부착 가능하도로 결합되는 방열 어셈블리들을 포함하고, 상기 방열 어셈블리들 중 적어도 하나 이상은 탄소나노튜브 방열소재의 재질이고, 상기 탄소나노튜브 방열소재의 제조방법은 금속분말 70 ~ 90 중량%와, 탄소복합소재 10 ~ 30 중량%를 교반시키는 교반단계; 상기 교반단계에 의해 교반된 금속분말 및 탄소복합소재를 유기용매에 혼합시킨 후 볼밀링(ball milling) 시키는 볼밀링 단계; 상기 볼밀링 단계에 의해 미세입자로 파쇄된 파쇄물과, 폴리에틸렌글리콜(PEG, Polyethylene glycol), 폴리에스테르계 바인더를 혼합시키며, 혼합된 혼합물을 가열하면서 블렌딩 시켜 방열소재를 제조하는 열처리 및 분산단계를 포함하고, 상기 볼밀링 단계는 상기 교반단계에 의해 교반된 금속분말 및 탄소복합소재를 볼들이 수용된 볼밀 자(ball mill jar)로 공급한 후 200 ~ 250rpm의 속도로 회전시켜 상기 교반된 금속분말 및 탄소복합소재를 1차 파쇄하는 1차 볼밀링 단계; 상기 1차 볼밀링 단계에 의해 파쇄된 파쇄물을 상기 1차 볼밀링 단계에 사용되는 볼 보다 작은 직경의 볼들을 이용하여 200 ~ 250rpm의 속도로 회전시켜 2차 파쇄하는 2차 볼밀링 단계를 포함하고, 상기 1차 볼밀링 단계 및 상기 2차 볼밀링 단계는 금속분말 및 탄소복합소재의 혼합물 15 ~ 20 중량% 및 유기용매 80 ~ 85 중량%를 혼합하여 밀링 시키고, 상기 볼밀링 단계에는 상기 탄소복합소재의 분산을 촉진시키기 위한 스테아르산(Stearic acid)이 전체 중량 대비 1.5 ~ 2.5 중량%로 첨가되는 것이다.According to an aspect of the present invention, there is provided an LED lighting device including LED substrates on which LED modules are mounted, and a heat dissipation frame for dissipating heat generated by the LED modules, A heat dissipating plate including a disk-shaped heat dissipating plate having a through hole formed therein; A heat dissipating body formed in a cylindrical shape having an upper and a lower portion opened and having an air movement hole formed therein and installed perpendicularly to a mating surface which is one surface of the heat dissipating plate; And at least one heat dissipating assembly coupled to the heat dissipating body, the heat dissipating assembly being detachably coupled to the outer surface of the heat dissipating body at intervals along an arc, wherein at least one of the heat dissipating assemblies Wherein the carbon nanotube heat dissipation material is manufactured by mixing the metal powder with 70 to 90 wt% and the carbon composite material with 10 to 30 wt%; A ball milling step of mixing the metal powder and the carbon composite material stirred by the stirring step with an organic solvent and ball milling the mixture; And a heat treatment and dispersion step of mixing a crushed material crushed with fine particles by the ball milling step with polyethylene glycol (PEG, polyethylene glycol) and a polyester binder, and blending the mixed mixture while heating And the ball milling step includes supplying the metal powder and the carbon composite material, which have been stirred by the stirring step, to a ball mill jar containing balls, rotating the mixture at a speed of 200 to 250 rpm, A primary ball milling step of crushing the composite material first; And a second ball milling step of secondarily crushing the crushed material by the primary ball milling step at a speed of 200 to 250 rpm using balls having a diameter smaller than that of the ball used in the primary ball milling step , The primary ball milling step and the secondary ball milling step are performed by mixing 15 to 20% by weight of a mixture of a metal powder and a carbon composite material and 80 to 85% by weight of an organic solvent, Stearic acid is added in an amount of 1.5 to 2.5% by weight based on the total weight to promote dispersion of the material.
또한 본 발명에서 상기 방열몸체는 외측면으로부터 내측으로 형성되어 높이 방향으로 연장되되, 원호를 따라 간격을 두고 형성되는 가이드 홈들을 더 포함하고, 상기 방열 어셈블리들은 상기 대접판; 상기 대접판의 일면에 수직으로 연결되는 판재 형상의 지지부; 상기 지지부의 단부에 수직 연결되어 대응되는 가이드 홈으로 슬라이딩 방식으로 삽입되는 삽입부를 더 포함하는 것이 바람직하다.Further, the heat dissipating body may further include guide grooves formed inward from the outer side of the heat dissipating body and extending in the height direction, the guide grooves being spaced apart along the arc, and the heat dissipating assemblies include: A plate-shaped support portion vertically connected to one surface of the mounter plate; And an insertion portion inserted into the guide groove in a sliding manner by being vertically connected to the end portion of the support portion.
또한 본 발명에서 상기 대접판은 상호 이격되게 형성되는 제1 대접판 및 제2 대접판으로 이루어지고, 상기 방열 어셈블리들은 단면이 ‘U’자 형상으로 형성되며, 양단부가 상기 제1 대접판 및 상기 제2 대접판의 단부들에 각각 연결되며, 타측에 상기 지지부가 결합되는 만곡부; 상기 만곡부에 연결되는 단부들에 대향되는 상기 제1 대접판 및 상기 제2 대접판의 외측단부들에 경사지게 설치되는 경사판들을 더 포함하는 것이 바람직하다.Also, in the present invention, the accommodating plates are formed of a first accommodating plate and a second accommodating plate spaced apart from each other, and the heat radiating assemblies are formed in a U-shape in cross section, A curved portion connected to the end portions of the second treatment plate and coupled to the support portion on the other side; And a swash plate disposed obliquely at the outer ends of the first and second accommodating plates opposite to the end portions connected to the curved portion.
또한 본 발명에서 상기 방열 어셈블리들은 상기 방열몸체의 가이드 홈들로 삽입될 때 하단부가 상기 방열판의 대접면에 대접되고, 상기 방열 어셈블리들은 조립 시 상기 방열판에 대접되는 단부에 인접한 상기 만곡부의 내주면에 나사산이 형성되고, 상기 방열판에는 상기 통공을 중심으로 원호를 따라 이격되는 볼트공들이 형성되고, 상기 방열 어셈블리들은 볼트 체결을 통해 상기 방열판에 결합되는 것이 바람직하다.In addition, when the heat dissipating assemblies are inserted into the guide grooves of the heat dissipating body, the lower end portions of the heat dissipating assemblies are accommodated on a surface of the heat dissipating plate, and the heat dissipating assemblies are threaded on the inner circumferential surface of the bending portion, And the heat radiating plate is formed with bolt holes spaced along an arc around the through hole, and the heat radiating assemblies are coupled to the heat radiating plate through bolting.
또한 본 발명에서 상기 방열판에는 통공 및 볼트공들 사이에 양면을 관통하는 삽입공들이 형성되고, 상기 방열 어셈블리들은 조립 시 상기 방열판에 대접되는 상기 지지부의 단면에 돌출 형성되는 이탈방지 돌출부를 더 포함하고, 상기 방열 어셈블리들은 상기 방열판에 결합될 때 이탈방지 돌출부들이 상기 방열판의 삽입공들로 각각 삽입되어 상기 방열 어셈블리들의 진동 및 흔들림을 방지하는 것이 바람직하다.Further, in the present invention, the heat dissipation plate may further include insertion holes penetrating through both sides of the through hole and the bolt holes, and the heat dissipation assemblies may include protrusion formed on an end surface of the support portion, Preferably, when the heat dissipating assemblies are coupled to the heat dissipating plate, the dissipation preventing protrusions are inserted into the insertion holes of the heat dissipating plate to prevent vibration and shaking of the heat dissipating assemblies.
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또한 본 발명에서 상기 열처리 및 분산단계는 상기 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 기 설정된 시간 동안 50 ~ 70rpm의 속도로 회전시킴과 동시에 가열시키고, 가열된 폴리에틸렌글리콜(PEG)에 상기 파쇄물 및 상기 폴리에스테르계 바인더를 혼합시킨 후 혼합된 혼합물을 회전시킴과 동시에 가열시키고, 상기 열처리 및 분산단계의 가열온도는 상기 폴리에틸렌글리콜(PEG)의 융점이고, 상기 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 및 금속분말의 부피분율이 4, 탄소복합소재-PEG 전구체의 부피분율이 6인 것이 바람직하다.Also, in the present invention, the heat treatment and dispersion step may be performed by rotating the polyethylene glycol (PEG) at a speed of 50 to 70 rpm for a predetermined period of time, heating the heated polyethylene glycol (PEG) (PEG), the volume fraction of the polyethylene glycol (PEG) and the metal powder is 4, and the melting point of the polyethyleneglycol It is preferable that the volume fraction of the composite material-PEG precursor is 6.
또한 본 발명에서 상기 1차 볼밀링 단계는 1시간 주기 동안 공정을 수행한 후 30분 동안 공정을 멈추고, 1시간의 주기 동안 수행되는 공정을 4회 반복하고, 상기 2차 볼밀링 단계는 3 ~ 5시간 동안 밀링공정을 수행하는 것이 바람직하다.In the present invention, the primary ball milling step is performed for one hour period, then the process is stopped for 30 minutes, and the process performed for one hour period is repeated four times, It is preferable to perform the milling process for 5 hours.
또한 본 발명에서 상기 탄소복합소재는 단일벽 카본나노튜브(SWCNT, single-walled carbon nanotube), 이중벽 카본나노튜브(DWCNT, double-walled carbon nanotube), 다중벽 카본나노튜브(MWCNT, multi-walled carbon nanotube), 다발형 탄소나노튜브(rope carbon nanotube) 또는 이들의 조합이고, 상기 열처리 및 분산단계의 상기 폴리에틸렌글리콜(PEG)은 15,000 ~ 20,000MW의 분자량을 갖는 것이 바람직하다.In the present invention, the carbon composite material may be a single-walled carbon nanotube (SWCNT), a double-walled carbon nanotube (DWCNT), a multi-walled carbon nanotube (MWCNT) nanotube, a rope carbon nanotube, or a combination thereof, and the polyethylene glycol (PEG) in the heat treatment and dispersion step preferably has a molecular weight of 15,000 to 20,000 MW.
또한 본 발명에서 상기 방열 어셈블리들은 알루미늄 재질의 제1 방열 어셈블리와, 상기 탄소나노튜브 방열소재 재질의 제2 방열 어셈블리로 이루어지고, 상기 방열 어셈블리들은 상기 방열몸체에 부착될 때 상기 제1 방열 어셈블리 및 상기 제2 방열 어셈블리를 교차되게 교대로 설치하는 것이 바람직하다.The heat dissipating assembly may include a first heat dissipating assembly made of aluminum and a second heat dissipating assembly made of the carbon nanotube heat dissipating material. When the heat dissipating assemblies are attached to the heat dissipating body, It is preferable that the second heat dissipation assemblies are alternately installed in an alternating manner.
상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면 방열몸체 또는 방열 어셈블리의 재질을 종래의 알루미늄이 아닌 탄소나노튜브 방열소재로 대체함으로써 열전도율, 열방출속도 및 열방출율을 현저히 높일 수 있다.According to the present invention having the above-mentioned problems and solutions, the thermal conductivity, the heat release rate and the heat release rate can be remarkably increased by replacing the material of the heat dissipating body or the heat dissipation assembly with the conventional carbon nanotube heat dissipation material.
또한 본 발명에 의하면 방열몸체의 외측면에 가이드 홈들을 구비하되, 방열 어셈블리들이 가이드 홈들로 슬라이딩 방식으로 부착되도록 구성됨으로써 조립 및 분해가 용이하게 이루어져 장비점검 및 교체가 용이하게 이루어질 수 있게 된다.In addition, according to the present invention, since the guide grooves are provided on the outer surface of the heat dissipating body, the heat dissipating assemblies are slidably attached to the guide grooves, thereby facilitating assembly and disassembly, facilitating equipment inspection and replacement.
또한 본 발명에 의하면 방열몸체에 부착되는 방열 어셈블리들이 알루미늄 재질의 회백색을 띠는 제1 방열 어셈블리와, 탄소나노튜브 방열소대 재질의 흑색을 띠는 제2 방열 어셈블리들로 이루어지되, 제1, 2 방열 어셈블리들이 방열몸체의 외측면에 교차되게 교대로 설치되도록 구성됨으로써 심미성, 미관효율 및 디자인효과를 높일 수 있는 및 디자인 효과를 극대화시킬 수 있다.In addition, according to the present invention, the heat dissipating assemblies attached to the heat dissipating body include a first heat dissipating assembly having an off-white color of aluminum and second heat dissipating assemblies having a black color of a carbon nanotube heat dissipating platoon, The heat dissipation assemblies are alternately arranged alternately on the outer surface of the heat dissipating body so that aesthetic, aesthetic efficiency and design effect can be enhanced and the design effect can be maximized.
또한 본 발명에 의하면 LED 기판에 대접되는 방열 어셈블리의 대접판들이 만곡부에 의해 서로 이격되게 형성됨으로써 열 교환이 더욱 활발하게 이루어지도록 하여 방열효율을 더욱 높일 수 있게 된다.In addition, according to the present invention, the heat exchanging plates of the heat dissipating assembly that are provided on the LED substrate are formed to be spaced apart from each other by the curved portions, so that heat exchange is more actively performed, and the heat radiation efficiency can be further increased.
또한 본 발명에 의하면 조립 시 방열플레이트의 방열판에 대접되는 방열 어셈블리의 만곡부의 하단부의 내주면에 나사산을 형성함과 동시에 이에 대응되는 위치의 방열판에 볼트공들을 형성함으로써 방열 어셈블리를 방열몸체 및 방열플레이트에 견고하게 결합시킬 수 있을 뿐만 아니라 볼트의 헤드가 방열판의 대접면에 대향되는 면에 노출되어 볼트 체결 및 분해가 용이하게 이루어질 수 있게 된다.According to the present invention, since threads are formed on the inner circumferential surface of the lower end of the curved portion of the heat dissipating assembly, which is accommodated in the heat dissipating plate of the heat dissipating plate during assembly, and the bolt holes are formed in the corresponding heat dissipating plate, So that the bolt head is exposed to the surface of the heat dissipating plate opposite to the surface of the heat dissipating plate so that bolt fastening and disassembling can be easily performed.
또한 본 발명에 의하면 탄소나노튜브 방열소재 제조 시 1차 볼밀링 단계 및 2차 볼밀링 단계를 통해 열전도율이 높은 탄소복합소재 및 금속분말을 미세 입자로 파쇄 및 혼합시킴과 동시에 분산단계를 통해 탄소복합소재의 분산성을 확보하도록 함으로써 종래의 알루미늄에 비교하여 열전도율이 우수함과 동시에 부피 및 체적을 절감하여 경량화 제작을 유도할 수 있으며, 생산 원가를 절감시킬 수 있다.According to the present invention, the carbon composite material and the metal powder having high thermal conductivity are crushed and mixed into fine particles through the first ball milling step and the second ball milling step in manufacturing the carbon nanotube heat dissipation material, By ensuring the dispersibility of the material, it is possible to induce production of lightweight by reducing volume and volume as well as excellent thermal conductivity as compared with conventional aluminum, and production cost can be reduced.
도 1은 국내등록특허 제10-1200309호(발명의 명칭 : LED 등기구)에 개시된 방열 프레임을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예인 탄소나노튜브 방열프레임을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 방열플레이트를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 2의 방열몸체를 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4를 상부에서 바라본 평면도이다.
도 6은 도 2의 방열 어셈블리를 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 6을 하부에서 바라본 저면도이다.
도 8은 도 6의 방열 어셈블리가 도 4의 방열몸체에 설치되는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 9는 본 발명의 방열 어셈블리 및 방열판의 결합된 모습을 나타내는 측단면도이다.
도 10은 본 발명의 방열플레이트, 방열몸체 및 방열 어셈블리가 설치된 모습을 나타내는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 방열 어셈블리에 적용되는 탄소나노튜브 방열소재의 제조방법을 나타내는 공정순서도이다.
도 12는 FESEM(Field Emission Scanning Electron Microscope) 표면 분석에 의해 측정된 실시예 1과 비교예 1, 2의 표면을 보여주는 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진이다.
도 13은 실시예 1, 2 및 비교예 1의 XRD 패턴 결과를 나타내는 그래프이다.
도 14는 실시예 1, 2 및 비교예 3의 FT-IR에 의한 구조분석을 나타내는 그래프이다.
도 15는 실시예 1, 2 및 비교예 3의 열전도율을 나타내는 그래프이다.
도 16은 실시예 1, 2 및 비교예 2를 LED 램프에 설치하여 빛이 출사되는 2시간 동안의 온도를 측정한 그래프이다.
도 17의 (a)는 종래의 알루미늄 소재가 적용된 방열체의 방열특성을 나타내고, (b)는 본 발명의 탄소복합소재가 적용된 방열체의 방열특성을 나타낸다.1 is a perspective view showing a heat dissipation frame disclosed in Korean Patent No. 10-1200309 (entitled: LED lamp).
2 is a perspective view illustrating a carbon nanotube heat radiating frame according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing the heat dissipating plate of FIG. 2. FIG.
4 is a perspective view showing the heat dissipating body of FIG. 2. FIG.
5 is a top plan view of Fig.
6 is a perspective view showing the heat dissipation assembly of FIG. 2. FIG.
Fig. 7 is a bottom view of Fig. 6 as seen from the bottom. Fig.
FIG. 8 is an exemplary view illustrating a process of installing the heat dissipating assembly of FIG. 6 on the heat dissipating body of FIG.
9 is a side cross-sectional view showing an assembled state of the heat dissipating assembly and heat sink of the present invention.
10 is a perspective view illustrating a heat dissipating plate, a heat dissipating body, and a heat dissipating assembly according to the present invention.
11 is a process flow chart showing a method of manufacturing a carbon nanotube heat dissipation material applied to the heat dissipation assembly of the present invention.
12 is a SEM (Scanning Electron Microscope) photograph showing the surface of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 measured by FESEM (Field Emission Scanning Electron Microscope) surface analysis.
13 is a graph showing the XRD pattern results of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. Fig.
14 is a graph showing the structural analysis by FT-IR of Examples 1 and 2 and Comparative Example 3. Fig.
15 is a graph showing the thermal conductivities of Examples 1 and 2 and Comparative Example 3. Fig.
FIG. 16 is a graph showing the temperature for two hours during which light is emitted by mounting the LED lamps according to Examples 1 and 2 and Comparative Example 2. FIG.
Fig. 17 (a) shows the heat dissipation characteristics of the heat dissipation body to which the conventional aluminum material is applied, and Fig. 17 (b) shows the heat dissipation characteristics of the heat dissipation body to which the carbon composite material of the present invention is applied.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일실시예인 탄소나노튜브 방열프레임을 나타내는 사시도이다.2 is a perspective view illustrating a carbon nanotube heat radiating frame according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일실시예인 탄소나노튜브 방열프레임(1)은 1)구조 및 형상의 변형을 통해 조립성 및 방열효율을 높이면서, 2)재질 변경을 통해 방열효율을 극대화시키기 위한 것이다.The carbon nanotube heat-radiating
또한 방열프레임(1)은 도 2에 도시된 바와 같이, 방열플레이트(3)와, 방열몸체(5), 방열 어셈블리(7)들로 이루어진다.2, the
이때 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 방열프레임(1)의 방열 어셈블리(7)들에 LED 기판(9)이 설치되는 것으로 예를 들어 설명하기로 한다.For convenience of explanation, the
이와 같이 구성되는 방열프레임(1)은 다양한 형상 및 구성의 LED 조명장치에 적용될 수 있고, 상세하게로는 방열몸체(5) 및 방열프레임(7)들의 상단부에 LED 기판(미도시) 및 확산판(미도시)이 결합될 수 있고, 방열플레이트(3)의 하부면에 전력을 공급하기 위한 소켓부가 결합될 수 있다.The
도 3은 도 2의 방열플레이트를 나타내는 사시도이다.FIG. 3 is a perspective view showing the heat dissipating plate of FIG. 2. FIG.
방열플레이트(3)는 도 3에 도시된 바와 같이, 원판 형상의 방열판(31)과, 방열판(31)의 외측 테두리로부터 수직 연결되는 수직부(33)와, 수직부(33)의 외측면에 수직 돌출되되, 높이 방향으로 연장되어 원호를 따라 간격을 두고 형성되는 방열핀(35)들로 이루어진다.3, the
방열판(31)은 알루미늄 등과 같이 열전도성이 높은 금속재질로 이루어지며, 원 형상의 판재로 형성된다.The
또한 방열판(31)은 중앙에 양면을 관통하는 통공(311)이 형성된다.Also, the
또한 방열판(31)은 통공(311)을 중심으로 복수개의 볼트공(313)들이 원호를 따라 간격을 두고 형성된다. 이때 볼트공(313)들의 내주면에는 나사산(7131)이 형성된다.In the
또한 방열판(31)은 볼트공(313)들 각각으로부터 중앙으로부터 이격된 일직선 상의 지점에 삽입공(315)들이 원호를 따라 간격을 두고 형성된다. 이때 삽입공(315)들로는 후술되는 도 7의 방열 어셈블리(7)들의 이탈방지 돌출부(731)들이 각각 삽입된다.Also, the
수직부(33)는 방열판(31)의 외측 테두리로부터 수직 연결되며, 원호를 따라 연결되게 형성된다.The
또한 수직부(33)의 외측면에는 방열핀(35)들이 간격을 두고 형성된다.Further, on the outer surface of the
방열핀(35)들은 수직부(33)의 외측면으로부터 외측으로 돌출 형성되되, 높이 방향으로 연결되게 형성된다.The radiating
또한 방열핀(35)들은 수직부(33)의 외측면에 원호를 따라 간격을 두고 형성된다.The radiating fins (35) are formed on the outer surface of the vertical portion (33) at intervals along an arc.
이와 같이 구성되는 방열플레이트(3)는 수직부(33)가 연결되는 방향인 방열판(31)의 대접면(310)에 방열몸체(5) 및 방열 어셈블리(7)들이 수직으로 설치됨으로써 방열몸체(5) 및 방열 어셈블리(7)들로부터 열을 전달받게 되고, 전달받은 열은 방열핀(35)들을 통해 열교환되어 방열효율을 현저히 높일 수 있게 된다.The
도 4는 도 2의 방열몸체를 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 4를 상부에서 바라본 평면도이다.FIG. 4 is a perspective view of the heat dissipating body of FIG. 2, and FIG. 5 is a plan view of the heat dissipating body of FIG. 4 viewed from above.
도 4와 5의 방열몸체(5)는 상하부가 개구되어 내부에 공기 이동공(55)이 형성되는 원통 형상으로 형성된다.The
또한 방열몸체(5)는 외측면에 내측으로 가이드 홈(51)들이 높이 방향으로 연장되게 형성된다. 이때 가이드 홈(51)들은 방열몸체(5)의 외측면에 간격을 두고 형성된다.In addition, the
또한 가이드 홈(51)은 방열몸체(5)의 외측면으로부터 수직으로 내측으로 연결되는 수직면(513), (513‘)들과, 평탄한 면으로 형성되어 양단부가 수직면(513), (513‘)들에 연결되는 바닥면(511)으로 이루어진다. The
이때 수직면(513), (513‘)들은 방열몸체95)의 외측면에 연결되는 지점에, 서로를 향하는 방향으로 걸림턱(515), (515’)들이 높이 방향으로 연장되게 형성된다.At this time, the
즉 가이드 홈(51)들로는 후술되는 도 6과 7의 방열 어셈블리(7)의 슬라이딩부(75)가 상부에서 하부를 향하는 방향으로 슬라이딩 방식으로 삽입됨으로써 방열 어셈블리(7)들은 방열몸체(5)의 외측면에 간단한 방식으로 조립 및 분해가 이루어질 수 있게 된다.That is, the sliding
또한 방열몸체(5)는 인접한 가이드 홈(51)들 사이의 외측면이 곡면부(53)로 형성됨으로써 외부 공기와의 면적을 극대화시켜 방열 어셈블리(7)들로부터 전달받은 열을 효율적으로 방열시키도록 한다.The outer surface of the
또한 방열몸체(5)는 열전도율이 높은 금속 재질 또는 후술되는 도 11 내지 17에 의해 제조되는 탄소나노튜브 방열소재로 제작된다.Also, the heat-dissipating
이와 같이 구성되는 방열몸체(5)는 전술하였던 도 3의 방열플레이트(3)의 방열판(31)의 대접면(310)에 수직으로 설치되되, 공기 이동공(55)이 방열판(31)의 통공(311)에 연설되도록 설치됨으로써 방열 어셈블리(7)들을 통해 전달받은 열을 방열시킴과 동시에 방열플레이트(3)로 전달하여 방열몸체(5) 및 방열플레이트(3)에서 열 교환이 2중으로 이루어지게 된다.The
도 6은 도 2의 방열 어셈블리를 나타내는 사시도이고, 도 7은 도 6을 하부에서 바라본 저면도이고, 도 8은 도 6의 방열 어셈블리가 도 4의 방열몸체에 설치되는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.FIG. 6 is a perspective view showing the heat dissipating assembly of FIG. 2, FIG. 7 is a bottom view of the heat dissipating assembly of FIG. 6, and FIG. to be.
방열 어셈블리(7)는 도 6 내지 8에 도시된 바와 같이, 기판 접촉부(71)와, 지지부(73), 슬라이딩부(75), 방열날개(77)들로 이루어진다.6 to 8, the
기판 접촉부(71)는 평탄면으로 형성되어 상호 이격되게 형성되는 대접판(711), (711‘)들과, 이격된 제1, 2대접판(711), (711‘)들 사이의 단부들을 연결시키는 만곡부(713)와, 제1, 2 대접판(711), (711‘)들의 외측 단부에 경사지게 설치되는 경사판(715), (715’)들로 이루어진다.The
제1, 2 대접판(711), (711‘)들은 평평한 면으로 형성되어 상호 이격되게 형성된다.The first and
또한 제1, 2 대접판(711), (711‘)들로는 복수개의 LED 모듈(91)들이 실장된 LED 기판(9)이 대접됨으로써 LED 모듈(91) 발광 시 발생되는 열을 직접적으로 전달받게 된다. 이때 도면에는 도시되지 않았지만 제1, 2 대접판(711), (711’)들 및 경사판(715), (715‘)들이 연결되는 지점에는 확산커버(미도시)가 슬라이딩 삽입되는 가이드 홈들이 형성될 수 있고, 이러한 확산커버의 형상 및 구성은 국내등록특허 제10-1706253호(발명의 명칭 : 엘이디 등기구)에서와 같이 구성될 수 있다.The
또한 제1, 2 대접판(711), (711‘)들은 서로를 향하는 방향을 내측이라고 할 때, 외측 단부들에 경사판(715), (715’)들이 각각 경사지게 설치된다.In addition, when the first and
또한 제1, 2 대접판(711), (711‘)들은 내측 단부들이 만곡부(713)의 양단부에 연결된다.In addition, the first and
만곡부(713)는 단면이 ‘U’자 형상으로 형성되며, 양단부가 제1, 2 대접판(711), (711‘)들의 내측 단부들에 각각 연결된다. 이때 만곡부(713)는 만곡된 부위가 슬라이딩부(75)를 향하도록 제1, 2 대접판(711), (711‘)들에 연결된다.The
즉 본 발명의 방열 어셈블리(7)들은 제1, 2 대접판(711), (711‘)들이 평평한 면으로 형성되어 LED 기판(9)에 넓은 면적으로 대접되도록 구성됨으로써 LED 기판(9)으로부터 열을 1차적으로 전달받을 수 있도록 구성되되, 제1, 2 대접판(711), (711‘)들이 만곡부(713)에 의해 연결되어 상호 이격되게 형성됨으로써 외부 공기와의 접촉면적을 극대화시켜 제1, 2 대접판이 하나의 평평한 면으로 형성될 때와 비교하여 동일 부피소모 대비 방열효율을 현저히 높일 수 있게 된다.That is, the
또한 만곡부(713)는 조립 시 방열플레이트(3)의 방열판(31)에 대접되는 단부에 인접한 지점의 내주면에 나사산(7131)이 형성된다. 이때 만곡부(713)의 내측 공간은 방열판(31)의 볼트공(313)에 연설되게 형성됨으로써 볼트 체결을 통해 방열 어셈블리(7)를 견고하게 고정시킬 수 있게 된다.The
또한 만곡부(713)는 슬라이딩부(75)를 향하는 단부에 지지부(73)가 수직 연결된다.The
지지부(73)는 평평한 판재로 형성되며, 만곡부(713)의 단부에 수직 연결되며, 단부에 슬라이딩부(75)가 형성된다.The
또한 지지부(73)는 조립 시 방열플레이트(3)의 방열판(31)에 대접되는 하단면에 핀 형상의 이탈방지 돌출부(731)가 돌출 형성된다.The supporting
슬라이딩부(75)는 평평한 판재로 형성되어 지지부(73)의 단부에 수직 연결된다.The sliding
또한 슬라이딩부(75)는 조립 시 전술하였던 도 4와 5의 방열몸체(5)의 가이드 홈(51)들로 슬라이딩 방식으로 삽입됨으로써 방열 어셈블리(7)가 방열몸체(5)에 탈부착 가능하도록 한다.The sliding
또한 지지부(73)는 만곡부(713)와 연결되는 지점부터 슬라이딩부(75)가 연결되는 지점 사이의 외측면에 복수개의 방열날개(77)들이 설치됨으로써 LED 기판(9)으로부터 전달받은 열을 더욱 효율적으로 방열시킬 수 있게 된다.The supporting
도 9는 본 발명의 방열 어셈블리 및 방열판의 결합된 모습을 나타내는 측단면도이다.9 is a side cross-sectional view showing an assembled state of the heat dissipating assembly and heat sink of the present invention.
본 발명의 방열 어셈블리(7)는 도 9에 도시된 바와 같이, 슬라이딩부(75)를 상부에서 하부를 향하는 방향으로 방열몸체(5)의 가이드 홈(51)으로 슬라이딩 시킴으로써 방열 어셈블리(7)가 방열몸체(5)에 결합하여 조립 및 분해가 용이하게 이루어질 수 있게 된다. 이때 방열몸체(5)에 부착된 방열 어셈블리는 높이 방향으로 하단부가 방열플레이트(3)의 방열판(31)에 대접되게 된다.The
또한 방열 어셈블리(7)는 조립 시 하단면에 돌출 형성된 이탈방지 돌출부(731)가 방열플레이트(3)의 방열판(31)의 삽입공(315)으로 삽입됨과 동시에 만곡부(713)의 나사산(7131) 및 방열판(31)의 볼트공(313)이 볼트(B)에 의해 볼트 체결됨으로써 외부 진동 및 흔들림이 발생하더라도 방열몸체(5) 및 방열플레이트(3)와 견고하게 결합할 수 있게 된다.The
다시 말하면 방열 어셈블리(7)는 슬라이딩부(75)가 가이드 홈(51)으로 삽입됨에 따라 슬라이딩부(75)는 방열몸체(5)로부터 견고하게 지지될 수 있으나, 슬라이딩부(75)로부터 대향되는 방향을 향할수록 지지력이 떨어져 흔들림 및 진동 시 기판 접촉부(71)의 흔들림이 증가하게 된다. 즉 본원 발명은 이러한 문제를 해결할 수 있는 것으로서, 지지부(73)의 하단에 돌출 형성된 이탈방지 돌출부(731)가 방열판(31)의 삽입공으로 삽입될 뿐만 아니라 만곡부(713)가 방열판과 볼트 체결되기 때문에 방열 어셈블리(7)가 견고하게 방열몸체(5) 및 방열플레이트(3)와 견고하게 결합 할 수 있게 된다.In other words, as the sliding
도 10은 본 발명의 방열플레이트, 방열몸체 및 방열 어셈블리가 설치된 모습을 나타내는 사시도이다.10 is a perspective view illustrating a heat dissipating plate, a heat dissipating body, and a heat dissipating assembly according to the present invention.
본 발명의 방열 프레임(1)은 도 8에 도시된 바와 같이, 방열플레이트(3)의 방열판(31)에 방열몸체(5)가 수직 결합되고, 방열몸체(5)의 외측면에 형성된 가이드 홈(51)들로 방열 어셈블리(7)들이 삽입된다.8, the
이때 방열 어셈블리(7)는 알루미늄 재질로 제작되어 회백색 색상을 띠는 제1 방열 어셈블리(710)와, 후술되는 도 11 내지 17에 의해 제조되는 탄소나노튜브 방열소재 재질로 제작되어 흑색 색상을 띠는 제2 방열 어셈블리(720)로 이루어진다.In this case, the
또한 제1 방열 어셈블리(710) 및 제2 방열 어셈블리(720)는 교차되게 교대로 방열몸체(5)의 가이드 홈(51)에 부착된다.The first
이와 같이 본 발명의 일실시예인 방열프레임(1)은 알루미늄 재질의 제1 방열 어셈블리(710)와 탄소나노튜브 방열소재 재질의 제2 방열 어셈블리(720)가 교차되게 설치됨으로써 심미성 및 미관효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 탄소나노튜브 방열소재로 인해 비중이 절감되어 제품의 무게 및 체적이 낮아지게 되고, 이에 따라 최근 추세인 소형화 및 집적화를 충족시킬 수 있게 된다.As described above, the
또한 본 발명의 방열프레임(1)은 탄소나노튜브 방열소재의 재질인 제2 방열 어셈블리(720)들이 설치됨에 따라 고가의 알루미늄 재질로만 제작될 때와 비교하여 제조원가를 절감시킴과 동시에 열전도율, 열 방출속도 및 열방출율을 현저히 개선시킬 수 있게 된다.Further, since the
이때 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 방열몸체(5)의 외측면에 제1, 2 방열 어셈블리(710), (720)들이 교차되게 교대로 설치되는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 제2 방열 어셈블리(720)는 방열몸체(5)의 외측면에 모두 설치되거나 또는 적어도 하나 이상 설치되는 것으로 구성될 수 있음은 당연하다.In the present invention, the first and second
또한 도 10의 방열 프레임(1)은 방열몸체(5) 및 방열프레임(7)들의 상단부에 LED 기판(미도시) 및 확산판(미도시)이 결합될 수 있고, 방열플레이트(3)의 하부면에 전력을 공급하기 위한 소켓부가 결합될 수 있다.10 may have an LED substrate (not shown) and a diffusion plate (not shown) coupled to the upper ends of the
도 11은 본 발명의 방열 어셈블리에 적용되는 탄소나노튜브 방열소재의 제조방법을 나타내는 공정순서도이다.11 is a process flow chart showing a method of manufacturing a carbon nanotube heat dissipation material applied to the heat dissipation assembly of the present invention.
탄소나노튜브 방열소재의 제조방법(S1)은 발광 시 발생되는 열을 방출시키기 위한 도 6과 7의 방열 어셈블리(7) 또는 도 4와 5의 방열몸체(5)에 적용되는 조성물을 제조하기 위한 것이다.A method (S1) for producing a carbon nanotube heat-radiating material is a method for manufacturing a composition applied to the heat-radiating
즉 탄소나노튜브 방열소재는 조명장치에 설치되어 LED로부터 발생된 국부적인 열을 방열시키기 위한 방열체의 소재로 적용된다.That is, the carbon nanotube heat dissipation material is applied to a lighting device and is used as a heat dissipation material for dissipating local heat generated from the LED.
또한 탄소나노튜브 방열소재의 제조방법(S1)은 교반단계(S10)와, 1차 볼밀링 단계(S20), 2차 볼밀링 단계(S30), 열처리 및 분산단계(S40)로 이루어진다.The manufacturing method (S1) of the carbon nanotube heat dissipation material includes a stirring step (S10), a primary ball milling step (S20), a secondary ball milling step (S30), and a heat treatment and dispersion step (S40).
교반단계(S10)는 금속분말 70 ~ 90 중량%와, 탄소복합소재 10 ~ 30 중량%를 교반하는 공정 단계이다. 이때 탄소복합소재는 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT, single-walled carbon nanotube), 이중벽 탄소나노튜브(DWCNT, double-walled carbon nanotube), 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT, multi-walled carbon nanotube), 다발형 탄소나노튜브(rope carbon nanotube) 또는 이들의 조합일 수 있고, 탄소나노튜브(CNT)는 탄소 6개로 이루어지는 육각 모양이 서로 연결되어 튜브 형상을 형성하고, 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)는 복수개의 관들이 동심원 형상을 형성한다.The stirring step S10 is a step of stirring 70 to 90% by weight of the metal powder and 10 to 30% by weight of the carbon composite material. The carbon composite material may be a single-walled carbon nanotube (SWCNT), a double-walled carbon nanotube (DWCNT), a multi-walled carbon nanotube (MWCNT) The carbon nanotubes (CNTs) may be hexagons formed by six carbon atoms to form a tube shape, and the multiwall carbon nanotubes (MWCNTs) may be formed of a plurality of carbon nanotubes The tubes form concentric circles.
이때 금속분말은 열전도성이 높은 금속의 분말로 구성될 수 있으며, 상세하게로는 알루미늄 분말인 것이 바람직하다.In this case, the metal powder may be composed of a metal powder having high thermal conductivity, and more preferably, it is an aluminum powder.
또한 교반단계(S10)에서, 탄소복합소재는 방열체의 형상에는 영향을 미치지 않으나, 만약 함유량이 10 중량% 미만이면 탄소복합소재의 함유량이 과도하게 줄어들어 열전도도 및 열 방출속도, 열방출율이 떨어지고, 만약 함유량이 30 중량% 이상이면 분산이 어려워져 방열체의 물리적 특성이 저하되는 문제점이 발생한다.Also, in the stirring step S10, the carbon composite material does not affect the shape of the heat dissipator, but if the content is less than 10% by weight, the content of the carbon composite material is excessively reduced to lower the thermal conductivity, heat release rate, and heat release rate If the content is more than 30% by weight, dispersion becomes difficult and physical properties of the heat discharging body are deteriorated.
또한 교반단계(S10)에 의해 교반된 금속분말 및 탄소복합소재인 혼합물은 1차 볼밀링 단계(S20)로 공급된다.Also, the mixture of the metal powder and the carbon composite material stirred by the stirring step S10 is supplied to the primary ball milling step S20.
1차 볼밀링 단계(S20)는 교반단계(S10)에 의해 교반된 금속분말 및 탄소복합소재인 혼합물을 공지된 볼밀링(Ball milling) 장비를 이용하여 1차 분쇄, 파쇄시키는 공정 단계이다.The primary ball milling step S20 is a step of first crushing and crushing the mixture of the metal powder and the carbon composite material stirred by the stirring step S10 by using a known ball milling equipment.
또한 1차 볼밀링 단계(S20)는 교반된 금속분말 및 탄소복합소재인 혼합물 15 ~ 20 중량%와, 유기용매 80 ~ 85 중량%를 볼들이 수용되는 포트인 볼밀 자(ball mill jar)로 공급하며, 회전속도 200 ~ 250rpm으로 볼밀 자를 회전시킴으로써 금속분말 및 탄소복합소재를 파쇄시킨다. 이때 유기용매로는 에테르나 아세톤, 알코올 등이 적용될 수 있고, 상세하게로는 에탄올인 것이 바람직하다.In the primary ball milling step S20, 15 to 20% by weight of the mixture of the metal powder and the carbon composite material being stirred and 80 to 85% by weight of the organic solvent are supplied to a ball mill jar And the ball mill is rotated at a rotating speed of 200 to 250 rpm to crush the metal powder and the carbon composite material. At this time, ether, acetone, alcohol and the like can be applied as the organic solvent, and more preferably ethanol.
또한 1차 볼밀링 단계(S20)는 금속분말, 탄소복합소재 및 유기용매의 중량 대비 1.5 ~ 2.5 중량%의 분산촉진제를 첨가할 수 있고, 이때 분산촉진제는 탄소복합소재의 분산을 촉진시키는 성질을 갖는 스테아르산(Stearic acid)인 것이 바람직하다.In the primary ball milling step (S20), 1.5 to 2.5% by weight of a dispersing accelerator may be added to the metal powder, the carbon composite material and the organic solvent. In this case, the dispersing accelerator may promote the dispersion of the carbon composite material Is preferably stearic acid.
또한 1차 볼밀링 단계(S20)는 대략 1시간의 주기(T) 동안 공정을 수행하고, 마찰 시 열을 발생시키는 에탄올의 특성을 감안하여 한 번의 공정 이후에 대략 30분 동안 회전을 멈춰 공정을 수행하지 않고, 1시간의 주기(T) 동안 수행되는 공정을 1회라고 할 때 4 ~ 5회의 공정을 수행한다.Also, the primary ball milling step (S20) is carried out for a cycle (T) of about 1 hour and the rotation is stopped for about 30 minutes after one process in consideration of the characteristic of ethanol generating heat upon friction, If the process is carried out for 1 hour period (T) without performing the process, the process is carried out 4 to 5 times.
또한 1차 볼밀링 단계(S20)에 의해 1차 파쇄된 1차 파쇄물은 2차 볼밀링 단계(S30)로 공급된다.In addition, the primary crushed primary crushed by the primary ball milling step (S20) is supplied to the secondary ball milling step (S30).
2차 볼밀링 단계(S30)는 1차 볼밀링 단계(S20)에 의해 1차 파쇄된 1차 파쇄물을 공지된 볼밀링 장비를 이용하여 더욱 미세하게 파쇄시키기 위한 공정 단계이다. The secondary ball milling step S30 is a process step for further finely crushing the primary crushed primary crush by the primary ball milling step S20 using a known ball milling equipment.
이때 2차 볼밀링 단계(S30)에 적용되는 볼들은 1차 볼밀링 단계(S20)에 적용되는 볼들보다 작은 직경으로 이루어진다.At this time, the balls applied to the secondary ball milling step (S30) are smaller in diameter than the balls applied to the primary ball milling step (S20).
또한 2차 볼밀링 단계(S30)는 1차 볼밀링 단계(S30)에 의해 1차 파쇄된 1차 파쇄물(금속분말 + 탄소복합소재) 및 유기용매를 볼들이 수용된 볼밀 자(Ball mill jar)로 공급한 후 200 ~ 250rpm의 회전속도로 대략 3 ~ 5시간 동안 볼밀 자를 회전시킴으로써 1차 파쇄물을 더욱 미세하게 파쇄시킨다.In the secondary ball milling step S30, the primary pulverized material (metal powder + carbon composite material) firstly crushed by the primary ball milling step S30 and the ball mill jar containing the organic solvent And then the ball mill is rotated at a rotating speed of 200 to 250 rpm for about 3 to 5 hours to further finely crush the primary pulverized product.
또한 2차 볼밀링 단계(S30)에 의해 파쇄된 2차 파쇄물(금속분말 + 탄소복합소재)은 열처리 및 분산단계(S40)로 공급된다.The secondary pulverized material (metal powder + carbon composite material) crushed by the secondary ball milling step (S30) is supplied to the heat treatment and dispersion step (S40).
열처리 및 분산단계(S40)는 2차 볼밀링 단계(S30)로부터 공급된 2차 파쇄물의 탄소복합소재가 응집력이 높아 분산력이 떨어짐과 동시에 금속분말 및 탄소복합소재의 기계적 특성이 상이하여 임베디드가 어려운 특성을 감안하여 미세 파쇄된 금속분말에 탄소복합소재를 분산 및 임베디드 시키기 위한 공정 단계이다.In the heat treatment and dispersion step (S40), the carbon composite material of the second order pulverized material supplied from the second ball milling step (S30) has a high cohesive force and low dispersibility, and the mechanical properties of the metal powder and the carbon composite material are different, This is a process step for dispersing and embedding a carbon composite material in a finely pulverized metal powder in consideration of characteristics.
이때 임베디드란 1, 2차 볼밀링 단계(S20), (S30)들을 통해 미세 파쇄되면서 표면이 비정질화된 금속분말의 일부에 탄소복합소재가 붙어 있는 현상으로 정의된다.In this case, embedded is defined as a phenomenon in which a carbon composite material adheres to a part of the metal powder whose surface is amorphized while being finely crushed through the first and second ball milling steps (S20, S30).
또한 열처리 및 분산단계(S40)는 2차 볼밀링 단계(S30)로부터 공급된 2차 파쇄물의 금속분말 및 탄소복합소재의 혼합을 위한 용매로 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol, 이하 PEG라고 함)을 사용한다.The heat treatment and dispersion step S40 uses polyethylene glycol (hereinafter referred to as PEG) as a solvent for mixing the metal powder and the carbon composite material of the secondary pulverization supplied from the secondary ball milling step S30 .
이때 폴리에틸렌글리콜(PEG)은 대략 15,000 ~ 20,000MW의 분자량을 갖는 폴리에틸렌글리콜을 적용한다.Here, polyethylene glycol (PEG) is polyethylene glycol having a molecular weight of approximately 15,000 to 20,000 MW.
또한 열처리 및 분산단계(S40)는 혼합물의 점성이 증가되도록 폴리에스테르계 바인더를 첨가한다.In addition, the heat treatment and dispersion step (S40) adds a polyester binder to increase the viscosity of the mixture.
또한 열처리 및 분산단계(S40)는 우선 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 공지된 트윈 스크류 믹서를 이용하여 50 ~ 70rpm의 속도로 회전시킴과 동시에 폴리에틸렌글리콜(PEG)의 융점인 65 ~ 75℃로 대략 20분 정도 가열시킨다. 그 이후 2차 파쇄물(금속분말 + 탄소복합소재) 및 폴리에스테르계 바인더를 가열된 상태의 폴리에틸렌글리콜(PEG)에 투입하고, 이러한 화합물(PED + 금속분말 + 탄소복합소재 + 폴리에스테르계 바인더)을 50 ~ 70rpm의 속도로 회전함과 동시에 65 ~ 75℃의 온도로 30분 동안 가열한다.In the heat treatment and dispersion step (S40), polyethylene glycol (PEG) is first rotated at a speed of 50 to 70 rpm using a known twin screw mixer, and at the same time, at a temperature of 65 to 75 캜, which is the melting point of polyethylene glycol (PEG) Lt; / RTI > Thereafter, the secondary particles (metal powder + carbon composite material) and the polyester binder are put into a heated polyethylene glycol (PEG), and these compounds (PED + metal powder + carbon composite material + polyester binder) It is rotated at a speed of 50 to 70 rpm and is heated at a temperature of 65 to 75 ° C for 30 minutes.
즉 열처리 및 분산단계(S40)는 화합물을 용융시키면서 블렌딩(blending) 함으로써 탄소복합소재가 금속분말에 균일하게 분산 및 임베디드 되도록 함으로써 본 발명의 탄소나노튜브 방열소재가 제조된다.That is, in the heat treatment and dispersion step (S40), the carbon nanotube heat-radiating material of the present invention is produced by melting and blending the compound so that the carbon composite material is uniformly dispersed and embedded in the metal powder.
이때 열처리 및 분산단계(S40)는 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 및 금속분말의 부피분율이 4, 탄소복합소재-PEG 전구체의 부피분율이 6인 것이 바람직하다.Preferably, the volume fraction of polyethylene glycol (PEG) and metal powder is 4 and the volume fraction of the carbon composite-PEG precursor is 6 in the heat treatment and dispersion step (S40).
이와 같이 도 11에 의해 제조되는 탄소나노튜브 방열소재는 금속분말, 탄소복합소재, 바인더 및 PEG를 포함하고, 방열체 제조 시 가공을 위해 열이 가해지면 바인더는 회멸되고, PEG는 휘발됨에 따라 미세구조의 공극이 형성되고, 이러한 공극을 통해 LED 방열구조에서 고온의 열이 방출하여 방열효율이 증가하게 된다.11, the carbon nanotube heat-radiating material includes a metal powder, a carbon composite material, a binder, and PEG. When heat is applied to the heat radiation material for processing, the binder is spun and the PEG is volatilized. And the heat dissipation efficiency of the LED is increased due to the heat dissipation from the LED heat dissipation structure through the air gap.
실시예 1은 도 2의 교반단계(S10)에서 탄소나노튜브(CNT) 20 중량% 및 알루미늄 분말 80 중량%를 첨가한 방열소재에 의한 방열체이다.Example 1 is a heat dissipation material made of a heat dissipation material to which 20 wt% of carbon nanotubes (CNT) and 80 wt% of aluminum powder are added in the stirring step S10 of Fig.
실시예 2는 교반단계(S10)에서 탄소나노튜브(CNT) 30 중량% 및 알루미늄 분말 70 중량%를 첨가한 방열소재에 의한 방열체이다.Example 2 is a heat dissipation material made of a heat dissipation material to which 30 wt% of carbon nanotubes (CNT) and 70 wt% of aluminum powder are added in the stirring step (S10).
비교예 1은 교반단계(S10)에서 탄소나노튜브(CNT)의 첨가 없이 알루미늄 분말 100 중량%를 첨가한 방열소재에 의한 방열체이다.Comparative Example 1 is a heat dissipation material made of a heat dissipation material to which 100 weight% of aluminum powder is added without adding carbon nanotubes (CNT) in the stirring step (S10).
비교예 2는 교반단계(S10)에서 탄소나노튜브(CNT) 40 중량% 및 알루미늄 분말 60 중량%를 첨가한 방열소재에 의한 방열체이다.Comparative Example 2 is a heat dissipation material made of a heat dissipation material to which 40 wt% of carbon nanotubes (CNT) and 60 wt% of aluminum powder are added in the stirring step (S10).
도 12는 FESEM(Field Emission Scanning Electron Microscope) 표면 분석에 의해 측정된 실시예 1과 비교예 1, 2의 표면을 보여주는 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진이다.12 is a SEM (Scanning Electron Microscope) photograph showing the surfaces of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 measured by FESEM (Field Emission Scanning Electron Microscope) surface analysis.
비교예 1은 교반단계(S10)에서 탄소나노튜브(CNT)의 첨가 없이 알루미늄 분말만이 첨가되기 때문에 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이 파단면에 결함(Defect)이 많이 발생하는 것을 알 수 있다.In Comparative Example 1, only aluminum powder was added without addition of carbon nanotubes (CNT) in the stirring step (S10). Thus, as shown in Fig. 12 (a) .
실시예 1은 교반단계(S10)에서 탄소나노튜브(CNT) 20 중량% 및 알루미늄 80 중량%가 첨가되기 때문에 도 12의 (b)에 도시된 바와 같이 탄소나노튜브(CNT)가 20 중량%가 첨가됨에 따라 파단면에 공극이 발생하는 것을 알 수 있고, 비교예 2는 탄소나노튜브(CNT) 40 중량%가 첨가되어 도 12의 (c)에 도시된 바와 같이 파단면에 공극이 더 많이 발생하는 것을 알 수 있다.In Example 1, 20 wt% of carbon nanotubes (CNT) and 80 wt% of aluminum are added in the stirring step (S10), so that 20 wt% of carbon nanotubes (CNT) As shown in FIG. 12 (c), more voids are generated on the fracture surface, and the voids are generated in the fracture surface as shown in FIG. 12 (c). In Comparative Example 2, 40% by weight of carbon nanotubes .
이때 공극은 탄소나노튜브 방열소재를 제조한 후 열을 가하여 방열체 샘플을 만들 때 바인더가 화멸되고 PEG가 휘발됨에 따라 형성된다.In this case, the voids are formed when the binder is ignited and the PEG is volatilized when the heat dissipation material sample is made by applying heat after manufacturing the carbon nanotube heat dissipation material.
즉 탄소나노튜브(CNT)의 함유량이 증가하면 할수록 공극이 활발하게 형성되어 열 방출효율이 증가하는 것을 알 수 있다.That is, as the content of the carbon nanotubes (CNT) increases, the pores become more active and the heat emission efficiency increases.
도 12의 (b), (c)를 참조하여 살펴보면, 탄소나노튜브(CNT)의 함유량이 증가함에 따라 방열체 표면에서 알루미늄 분말에 결합하는 탄소나노튜브(CNT)의 수가 증가하는 것과, 비교적 탄소나노튜브(CNT)의 분산이 균일하게 이루어지는 것을 알 수 있다.12 (b) and 12 (c), as the content of carbon nanotubes (CNTs) increases, the number of carbon nanotubes (CNTs) bonded to the aluminum powder on the surface of the heat radiator increases, It can be seen that the dispersion of the nanotubes (CNTs) is uniform.
도 13은 실시예 1, 2 및 비교예 1의 XRD 패턴 결과를 나타내는 그래프이다.13 is a graph showing the XRD pattern results of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. Fig.
도 13을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 탄소나노튜브 방열소재는 2 = 26.50, 54.60일 때 결정화가, 2 = 26.50일 때 주요 결정화가 이루어지고, 탄소나노튜브(CNT)의 함유량이 증가할수록 탄소나노튜브 방열소재의 결정화 피크의 강도는 줄어드는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 13, the carbon nanotube heat-resistant material of the present invention exhibits crystallization at 2 = 26.50 and 54.60 and crystallization at 2 = 26.50. As the content of carbon nanotubes (CNT) increases, It is confirmed that the intensity of the crystallization peak of the tube heat dissipating material is reduced.
특히 탄소나노튜브 방열소재는 탄소나노튜브(CNT)가 30 중량% 이상으로 함유되는 경우 주요 피크의 강도가 가장 큰 폭으로 줄어들어 탄소나노튜브(CNT)의 함유량이 피크의 강도에 영향, 상세하게로는 탄소나노튜브(CNT)의 함유량이 증가할수록 방열소재의 피크의 강도는 줄어드는 것을 알 수 있다.In particular, when carbon nanotube (CNT) is contained in an amount of 30 wt% or more, the strength of the main peak is reduced to the greatest extent, and the content of the carbon nanotube (CNT) influences the intensity of the peak. Shows that as the content of carbon nanotube (CNT) increases, the intensity of the peak of the heat dissipating material decreases.
즉 도 12와 13에 도시된 바와 같이 탄소나노튜브(CNT)의 함유량은 탄소나노튜브 방열소재의 미세구조, 미세공극 및 결정화에 영향을 미치게 된다.That is, as shown in FIGS. 12 and 13, the content of carbon nanotubes (CNTs) affects the microstructure, microvoids and crystallization of the carbon nanotube heat dissipation material.
도 14는 실시예 1, 2 및 비교예 3의 FT-IR에 의한 구조분석을 나타내는 그래프이다.14 is a graph showing structural analysis by FT-IR of Examples 1 and 2 and Comparative Example 3. Fig.
도 14를 참조하여 본 발명을 살펴보면, 탄소나노튜브 방열소재는 탄소나노튜브(CNT)의 함유량에 상관없이 유사한 피크에서 강도를 나타낸다.Referring to FIG. 14, the carbon nanotube heat-radiating material exhibits a strength at a similar peak regardless of the content of carbon nanotubes (CNTs).
또한 탄소나노튜브 방열소재의 2,937 및 3,450의 피크는 각각 전형적인 C H기 및 OH기를 나타내고, 1,758 및 1,200의 피크는 C = O 결합 및 아세틸(acetyl)의 피크를 각각 나타낸다.In addition, 2,937 carbon nanotubes And 3,450 ≪ / RTI > represent typical CH and OH groups, respectively, and 1,758 And 1,200 The peak of C = O bond and the peak of acetyl, respectively.
또한 FT-IR 스펙트럼에서 1,266, 1,369, 1,446 등의 피크는 탄소나노튜브(CNT)의 함유량에 따라 증가하는 것을 확인 할 수 있다.Further, in the FT-IR spectrum, 1,266 , 1,369 , 1,446 And the like increase with the content of carbon nanotubes (CNTs).
즉 탄소나노튜브(CNT)의 고유 피크에 의하여 방열 소재의 피크가 결정되고, 결론적으로 탄소나노튜브 방열소재 내에 포함되는 탄소나노튜브(CNT)의 결합이 증가되었다는 것을 나타낸다.That is, the peak of the heat dissipation material is determined by the intrinsic peak of the carbon nanotube (CNT), and consequently the binding of the carbon nanotubes (CNT) contained in the carbon nanotube heat dissipation material is increased.
도 15는 실시예 1, 2 및 비교예 3의 열전도율을 나타내는 그래프이고, 도 16은 실시예 1, 2 및 비교예 2를 LED 램프에 설치하여 빛이 출사되는 2시간 동안의 온도를 측정한 그래프이고, 도 17의 (a)는 종래의 알루미늄 소재가 적용된 방열체의 방열특성을 나타내고, (b)는 본 발명의 탄소나노튜브 방열소재가 적용된 방열체의 방열특성을 나타낸다.FIG. 15 is a graph showing the thermal conductivities of Examples 1 and 2 and Comparative Example 3, and FIG. 16 is a graph showing the results of measuring the temperature for 2 hours during which light is emitted by mounting the LED lamps of Examples 1 and 2 and Comparative Example 2 FIG. 17A shows the heat dissipation characteristics of a heat dissipater using a conventional aluminum material, and FIG. 17B shows heat dissipation characteristics of a heat dissipater using the carbon nanotube heat dissipation material of the present invention.
도 15를 참조하여 본 발명을 살펴보면, 탄소나노튜브(CNT)의 함유량이 증가할수록 탄소나노튜브 방열소재의 열전도도가 증가하는 것을 알 수 있다. 즉 탄소나노튜브(CNT)의 우수한 열전도를 갖는 특성에 따라 탄소나노튜브 방열소재의 열전도가 향상되는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 15, it can be seen that as the content of carbon nanotubes (CNT) increases, the thermal conductivity of the carbon nanotube heat-radiating material increases. That is, it can be seen that the thermal conductivity of the carbon nanotube heat-radiating material is improved by the characteristics of the carbon nanotube (CNT) having excellent thermal conductivity.
이때 탄소나노튜브(CNT)는 대략 3,000W/m.k 이하의 열전도 값을 갖기 때문에 탄소나노튜브 방열소재의 열전도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 알루미늄 분말과의 함유량 조절에 따라 열전도율을 향상시킬 수 있다.Since the carbon nanotube (CNT) has a thermal conductivity value of about 3,000 W / m.k or less, the thermal conductivity of the carbon nanotube heat-radiating material can be improved, and the thermal conductivity can be improved by controlling the content with the aluminum powder.
도 16을 참조하여 본 발명을 살펴보면, 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 방열체에서 측정되는 초기 온도는 27℃이나, 시간이 경과할수록 LED 램프에서 발생되는 열에 의하여 온도가 증가하게 된다.Referring to FIG. 16, the initial temperature measured in the heat discharger of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 is 27 ° C., but the temperature increases due to the heat generated from the LED lamp as time elapses .
이러한 상태로 1시간 경과하면, 탄소나노튜브(CNT)가 첨가되지 않은 비교예 1은 72℃ 이상으로 과열되는 것을 확인할 수 있다.It can be confirmed that Comparative Example 1 in which carbon nanotubes (CNTs) were not added after 1 hour in this state was overheated to 72 ° C or more.
그러나 탄소나노튜브(CNT)가 첨가되는 실시예 1, 2 및 비교예 2를 살펴보면, 2시간 동안의 온도 범위가 70℃ 미만으로 측정되어 열방출효율이 개선되는 것을 확인할 수 있다.However, in Examples 1 and 2 and Comparative Example 2 in which carbon nanotubes (CNTs) were added, it was confirmed that the temperature range for 2 hours was measured to be less than 70 ° C, and the heat emission efficiency was improved.
즉 본 발명은 도 17의 (a), (b)에 도시된 바와 같이, 열전도가 우수한 탄소복합소재를 함유하여 종래의 알루미늄 소재의 방열체에 비교하여 열 방출속도 및 열 방출효율을 현저히 높일 수 있다.That is, as shown in FIGS. 17 (a) and 17 (b), the present invention includes a carbon composite material having excellent thermal conductivity, so that the heat dissipation rate and the heat dissipation efficiency can be significantly increased have.
이와 같이 본 발명의 일실시예인 방열프레임(1)은 방열몸체(5) 또는 방열 어셈블리(7)의 재질을 종래의 알루미늄이 아닌 탄소나노튜브 방열소재로 대체함으로써 열전도율, 열방출속도 및 열방출율을 현저히 높일 수 있다.As described above, the
또한 본 발명의 방열프레임(1)은 방열몸체(5)의 외측면에 가이드 홈(51)들을 구비하되, 방열 어셈블리(7)들이 가이드 홈(51)들로 슬라이딩 방식으로 부착되도록 구성됨으로써 조립 및 분해가 용이하게 이루어져 장비점검 및 교체가 용이하게 이루어질 수 있게 된다.The
또한 본 발명의 방열프레임(1)은 방열몸체(5)에 부착되는 방열 어셈블리(7)들이 알루미늄 재질의 회백색을 띠는 제1 방열 어셈블리(710)와, 탄소나노튜브 방열소대 재질의 흑색을 띠는 제2 방열 어셈블리(720)들로 이루어지되, 제1, 2 방열 어셈블리(710), (720)들이 방열몸체(5)의 외측면에 교차되게 교대로 설치되도록 구성됨으로써 심미성, 미관효율 및 디자인효과를 높일 수 있는 및 디자인 효과를 극대화시킬 수 있다.The
또한 본 발명의 방열프레임(1)은 LED 기판(9)에 대접되는 방열 어셈블리(7)의 제1, 2 대접판(711), (711‘)들이 만곡부(713)에 의해 서로 이격되게 형성됨으로써 열 교환이 더욱 활발하게 이루어지도록 하여 방열효율을 더욱 높일 수 있게 된다.The
또한 본 발명의 방열프레임(1)은 조립 시 방열플레이트(3)의 방열판(31)에 대접되는 방열 어셈블리(7)의 만곡부(713)의 하단부의 내주면에 나사산(7131)을 형성함과 동시에 이에 대응되는 위치의 방열판(31)에 볼트공(313)들을 형성함으로써 방열 어셈블리(7)를 방열몸체(5) 및 방열플레이트(3)에 견고하게 결합시킬 수 있을 뿐만 아니라 볼트(B)의 헤드가 방열판(31)의 대접면(310)에 대향되는 면에 노출되어 볼트 체결 및 분해가 용이하게 이루어질 수 있게 된다.The
또한 본 발명의 방열프레임(1)은 탄소나노튜브 방열소재 제조 시 1차 볼밀링 단계 및 2차 볼밀링 단계를 통해 열전도율이 높은 탄소복합소재 및 금속분말을 미세 입자로 파쇄 및 혼합시킴과 동시에 분산단계를 통해 탄소복합소재의 분산성을 확보하도록 함으로써 종래의 알루미늄에 비교하여 열전도율이 우수함과 동시에 부피 및 체적을 절감하여 경량화 제작을 유도할 수 있으며, 생산 원가를 절감시킬 수 있다.In addition, the
1:탄소나노튜브 방열프레임 3:방열플레이트 5:방열몸체
7:방열 어셈블리 9:LED 기판 31:방열판
33:수직부 35:방열핀 51:가이드 홈
53:곡면부 55:공기 이동공 71:기판 접촉부
73:지지부 75:슬라이딩부 77:방열날개
310:대접면 311:통공 313:볼트공
315:삽입공 511:바닥면 513, 513‘:수직면
515, 515‘:걸림턱 711, 711’:제1, 2 대접판
713:만곡부 715, 715‘:경사판 731:이탈방지 돌출부1: Carbon nanotube heat radiating frame 3: Heat radiating plate 5: Heat radiating body
7: heat dissipating assembly 9: LED substrate 31: heat sink
33: vertical portion 35: radiating fin 51: guide groove
53: curved portion 55: air moving hole 71: substrate contacting portion
73: support portion 75: sliding portion 77: heat dissipating blade
310: Facing surface 311: Through hole 313: Bolt hole
315: insertion hole 511:
515, 515 ':
713:
Claims (10)
상기 방열프레임은
중앙에 통공이 형성된 원판 형상의 방열판을 포함하는 방열플레이트;
상하부가 개구되어 내부에 공기 이동공이 형성되는 원통 형상으로 형성되며, 상기 방열플레이트의 일면인 대접면에 수직 설치되는 방열몸체;
상기 LED 기판들 중 어느 하나가 대접되게 설치되는 대접판을 포함하며, 상기 방열몸체의 외측면에 원호를 따라 간격을 두고 탈부착 가능하도로 결합되는 방열 어셈블리들을 포함하고,
상기 방열 어셈블리들 중 적어도 하나 이상은 탄소나노튜브 방열소재의 재질이고,
상기 탄소나노튜브 방열소재의 제조방법은
금속분말 70 ~ 90 중량%와, 탄소복합소재 10 ~ 30 중량%를 교반시키는 교반단계;
상기 교반단계에 의해 교반된 금속분말 및 탄소복합소재를 유기용매에 혼합시킨 후 볼밀링(ball milling) 시키는 볼밀링 단계;
상기 볼밀링 단계에 의해 미세입자로 파쇄된 파쇄물과, 폴리에틸렌글리콜(PEG, Polyethylene glycol), 폴리에스테르계 바인더를 혼합시키며, 혼합된 혼합물을 가열하면서 블렌딩 시켜 방열소재를 제조하는 열처리 및 분산단계를 포함하고,
상기 볼밀링 단계는
상기 교반단계에 의해 교반된 금속분말 및 탄소복합소재를 볼들이 수용된 볼밀 자(ball mill jar)로 공급한 후 200 ~ 250rpm의 속도로 회전시켜 상기 교반된 금속분말 및 탄소복합소재를 1차 파쇄하는 1차 볼밀링 단계;
상기 1차 볼밀링 단계에 의해 파쇄된 파쇄물을 상기 1차 볼밀링 단계에 사용되는 볼 보다 작은 직경의 볼들을 이용하여 200 ~ 250rpm의 속도로 회전시켜 2차 파쇄하는 2차 볼밀링 단계를 포함하고,
상기 1차 볼밀링 단계 및 상기 2차 볼밀링 단계는 금속분말 및 탄소복합소재의 혼합물 15 ~ 20 중량% 및 유기용매 80 ~ 85 중량%를 혼합하여 밀링 시키고,
상기 볼밀링 단계에는 상기 탄소복합소재의 분산을 촉진시키기 위한 스테아르산(Stearic acid)이 전체 중량 대비 1.5 ~ 2.5 중량%로 첨가되는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.An LED lighting device comprising LED substrates on which LED modules are mounted, and a heat dissipation frame for dissipating heat generated by the LED modules, the LED lighting device comprising:
The heat-
A heat dissipation plate including a disk-shaped heat dissipation plate having a through hole at the center thereof;
A heat dissipating body formed in a cylindrical shape having an upper and a lower portion opened and having an air movement hole formed therein and installed perpendicularly to a mating surface which is one surface of the heat dissipating plate;
And heat radiation assemblies detachably coupled to the outer surface of the heat dissipating body at intervals along an arc, wherein the heat dissipation assemblies are mounted on the heat dissipation body,
At least one of the heat dissipation assemblies is a material of a carbon nanotube heat dissipation material,
The manufacturing method of the carbon nanotube heat-
Agitation step of agitating 70 to 90% by weight of the metal powder and 10 to 30% by weight of the carbon composite material;
A ball milling step of mixing the metal powder and the carbon composite material stirred by the stirring step with an organic solvent and ball milling the mixture;
And a heat treatment and dispersion step of mixing a crushed material crushed with fine particles by the ball milling step with polyethylene glycol (PEG, polyethylene glycol) and a polyester binder, and blending the mixed mixture while heating and,
The ball milling step
The metal powder and the carbon composite material stirred by the stirring step are supplied into a ball mill jar containing balls and then rotated at a speed of 200 to 250 rpm to thereby first crush the metal powder and the carbon composite material A primary ball milling step;
And a second ball milling step of secondarily crushing the crushed material by the primary ball milling step at a speed of 200 to 250 rpm using balls having a diameter smaller than that of the ball used in the primary ball milling step ,
The primary ball milling step and the secondary ball milling step are performed by mixing 15 to 20 wt% of a mixture of a metal powder and a carbon composite material and 80 to 85 wt% of an organic solvent,
Wherein the ball milling step includes adding 1.5 to 2.5 wt% of stearic acid to the dispersion to promote the dispersion of the carbon composite material.
상기 방열 어셈블리들은
상기 대접판;
상기 대접판의 일면에 수직으로 연결되는 판재 형상의 지지부;
상기 지지부의 단부에 수직 연결되어 대응되는 가이드 홈으로 슬라이딩 방식으로 삽입되는 삽입부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.The heat dissipating body according to claim 1, wherein the heat dissipating body further includes guide grooves formed inward from the outer side surface and extending in the height direction,
The heat-
The receiving plate;
A plate-shaped support portion vertically connected to one surface of the mounter plate;
Further comprising an insertion portion vertically connected to an end portion of the support portion and slidably inserted into a corresponding guide groove.
상기 방열 어셈블리들은
단면이 ‘U’자 형상으로 형성되며, 양단부가 상기 제1 대접판 및 상기 제2 대접판의 단부들에 각각 연결되며, 타측에 상기 지지부가 결합되는 만곡부;
상기 만곡부에 연결되는 단부들에 대향되는 상기 제1 대접판 및 상기 제2 대접판의 외측단부들에 경사지게 설치되는 경사판들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.[3] The apparatus according to claim 2, wherein the accommodating plates comprise a first accommodating plate and a second accommodating plate spaced apart from each other,
The heat-
A curved portion formed in a U-shape in cross section and having both ends connected to the ends of the first and second accommodating plates, respectively;
Further comprising inclined plates provided on the outer ends of the first and second accommodating plates opposite to the end portions connected to the curved portion.
상기 방열 어셈블리들은 조립 시 상기 방열판에 대접되는 단부에 인접한 상기 만곡부의 내주면에 나사산이 형성되고,
상기 방열판에는 상기 통공을 중심으로 원호를 따라 이격되는 볼트공들이 형성되고,
상기 방열 어셈블리들은 볼트 체결을 통해 상기 방열판에 결합되는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.The heat dissipating body according to claim 3, wherein the heat dissipating assemblies are inserted into the guide grooves of the heat dissipating body,
Wherein the heat dissipation assemblies are threaded on an inner circumferential surface of the curved portion adjacent to an end portion of the heat dissipating assembly,
Wherein the heat sink is formed with bolt holes spaced along an arc around the through hole,
And the heat dissipation assemblies are coupled to the heat sink through bolt fastening.
상기 방열 어셈블리들은 조립 시 상기 방열판에 대접되는 상기 지지부의 단면에 돌출 형성되는 이탈방지 돌출부를 더 포함하고,
상기 방열 어셈블리들은 상기 방열판에 결합될 때 이탈방지 돌출부들이 상기 방열판의 삽입공들로 각각 삽입되어 상기 방열 어셈블리들의 진동 및 흔들림을 방지하는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.[6] The heat sink as claimed in claim 4, wherein the heat radiating plate has insertion holes penetrating through both sides of the through hole and the bolt holes,
Wherein the heat dissipation assemblies further include an escape preventing protrusion protruding from an end surface of the support portion,
Wherein the heat dissipation assemblies are inserted into the insertion holes of the heat dissipation plate when the heat dissipation assemblies are coupled to the heat dissipation plate to prevent vibration and vibration of the heat dissipation assemblies.
상기 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 기 설정된 시간 동안 50 ~ 70rpm의 속도로 회전시킴과 동시에 가열시키고, 가열된 폴리에틸렌글리콜(PEG)에 상기 파쇄물 및 상기 폴리에스테르계 바인더를 혼합시킨 후 혼합된 혼합물을 회전시킴과 동시에 가열시키고,
상기 열처리 및 분산단계의 가열온도는 상기 폴리에틸렌글리콜(PEG)의 융점이고, 상기 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 및 금속분말의 부피분율이 4, 탄소복합소재-PEG 전구체의 부피분율이 6인 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the heat treatment and dispersion step
The polyethylene glycol (PEG) is rotated at a speed of 50 to 70 rpm for a predetermined time and heated, and the crushed product and the polyester-based binder are mixed with heated polyethylene glycol (PEG), and then the mixed mixture is rotated And at the same time,
Wherein the heating temperature of the heat treatment and dispersion step is a melting point of the polyethylene glycol (PEG), the volume fraction of the polyethylene glycol (PEG) and the metal powder is 4, and the volume fraction of the carbon composite material-PEG precursor is 6 LED lighting device.
상기 열처리 및 분산단계의 상기 폴리에틸렌글리콜(PEG)은 15,000 ~ 20,000MW의 분자량을 갖는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.The carbon composite material according to claim 8, wherein the carbon composite material is a single-walled carbon nanotube (SWCNT), a double-walled carbon nanotube (DWCNT), a multiwall carbon nanotube (MWCNT) -walled carbon nanotubes, rope carbon nanotubes, or combinations thereof,
Wherein the polyethylene glycol (PEG) in the heat treatment and dispersion step has a molecular weight of 15,000 to 20,000 MW.
상기 방열 어셈블리들은 상기 방열몸체에 부착될 때 상기 제1 방열 어셈블리 및 상기 제2 방열 어셈블리를 교차되게 교대로 설치하는 것을 특징으로 하는 LED 조명장치.[7] The method of claim 7, wherein the heat dissipation assemblies comprise a first heat dissipation assembly made of aluminum and a second heat dissipation assembly made of the carbon nanotube heat dissipation material,
Wherein the heat dissipating assemblies are alternately installed in a crossing manner when the heat dissipating assemblies are attached to the heat dissipating body.
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