효과적인 LED 냉각 시스템

소개글

이번 레포트의 목적은 기존의 형광등과 비교하여 많은 부분에서 경제적인 LED 전등의 가장 큰 문제점인 발열에 대한 효과적인 냉각시스템을 설계하여, 기존의 형광등을 대체 할 수 있을지에 대해 알아보고자 한다. 먼저 형광등과 LED전등을 비교해 보고, 발열 시 문제점을 고찰 해본 다음, 효과적인 냉각시스템을 설계한 후 경제성을 분석해 본다.
LED 전등 발광 시 표면 온도와 외부 공기의 온도 차이를 열전소자를 이용하여 발전하고, 이를 팬에 연결하여 강제대류를 발생시킨다. 이를 이용하여 표면 온도를 80℃에서 30℃로 감소 시켜, 수명을 34,000시간에서 191,000시간으로 연장 시킨다. 이를 이용하여 강제대류가 있을 때와 없을 때의 수명 차이를 가지고 비용을 계산했을 때 시간당 비용은 형광등은 21원, 팬이 없는 LED 전등은 12원, 팬이 있는 LED 전등은 10원으로 팬이 있는 LED 전등을 사용 하였을 때, 가장 경제적이였다. 또한 19개월 사용시 투자비를 회수하고 이익이 발생한다. 앞으로 열전소자의 효율이 높아지고, LED 전등의 가격이 지금보다 낮아지면 모든 실내등은 LED 전등으로 교체될 것이다.

목차

제1장 서 론
1.1 설정배경
1.1.1 LED전등의 원리
1.1.2 LED전등과 형광등의 비교 및 필요성
1.1.3 LED전등의 문제점
1.1.4 LED전등의 냉각 시스템 설계방법

제2장 선행연구분석
2.1 LED의 이론적 배경
2.1.1 LED의 사전적 의미
2.1.2 LED의 장단점
2.1.3 LED의 특성
2.1.3.1 LED의 전기적 특성
2.1.3.2 LED의 광학적 특성
2.1.3.3 LED의 물리적 특성
2.2.4 LED의 재료
2.3 열전소자의 원리 및 특성
2.3.1 열전소자
2.3.2 제베크효과
2.3.3 열전소자의 장점
2.3.4 열전소자의 일반적인 특성
2.4 열전소자 기술 분석
2.4.1 열전소자의 개요
2.4.2 열전재료의 온도별 선택
2.5 LED 조명의 비교 분석
2.5.1 스퀘어테크
2.5.2 금호전기
2.5.3. 휴먼엘이디

제3장 기술동향분석
3.1 LED 냉각 시스템
3.2 모세관 형태 LED 냉각장치
3.3 히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체
3.4 LED 프로젝션 시스템의 LED소자 발열 장치
3.5 압전기 팬을 이용한 냉각장치
3.6 열전소자를 이용한 냉각
3.7 노트북 온도와 수명
3.8 발열의 심각성

제4장 설계
4.1 설계 개념도
4.1.1 LED전등에 핀을 달았을 경우
4.1.2 LED 전등만 달았을 경우
4.2 주요사양 재원
4.2.1 냉각팬 재원
4.2.2 열전소자 재원
4.3 에너지 해석
4.3.1 핀을 달았을 때(강제대류)
4.3.2 핀이 없을 때(자연대류)
4.4 시스템 설계

제5장 핵심요소기술분석
5.1 LED 기술 분석
5.1.1 LED는 냉광소자이면서 발열소자
5.1.2 열설계
5.2 실용화 및 적용을 하기위한 요소기술 소개
5.2.1 LED 백라이트 유닛용 냉각장치 ‘히트파이프’
5.2.2 LED 구동 원리
5.2.3 열전소자의 가능성
5.2.4 LED보급을 위해 형광등과 같은 규격 제작 가능성의 의미

제6장 설계타당성 분석
6.1 설계타당성 비교 분석
6.2 설계 시 기대효과
6.2.1 발열 제거 후 표면온도에 따른 수명 연장 가능성
6.2.2 온도 차이에 의한 열전소자의 발전양이 충분함
6.3 실제 적용 시 예상결과

제7장 경제성 분석
7.1 개발 투자 비용 분석
7.2 실제적용 시 경제성 비교 분석

제8장 요약 및 소감

제9장 참고자료 및 문헌

본문내용

5.1 LED 기술 분석

5.1.1 LED는 냉광소자이면서 발열소자
- 백열전구 : 인가된 에너지의 95%는 IR 또는 열로 변환됨.
- LED : 대부분의 전기적 에너지(85%)는 열로 변환되고, IR이 없음. LED 열은 칩의 결정 결함에서 발생함.

Figure5.1 백열전구와 LED의 에너지 분포


5.1.2 열설계
- LED 패키지는 열 설계를 통하여 발생된 열을 전도에 의해 외부로 빠르게 전달시킴.
- LED는 온도가 증가될수록 모든 컬러의 밝기가 저하됨.
- LED는 온도가 증가될수록 컬러의 변화가 발생함.
- LED의 온도가 높을수록 사용 시간이 단축됨.
- LED의 입력전류가 증가할수록 온도가 증가함.
- LED의 열 저항이 클수록 구동 영역이 감소함.
아래의 Figure5.2 ~ Figure5.6에서 그 내용을 도시적으로 확인 해 본다.

참고 자료

1. 황승선 이상현, “아파트내부의 주방에서 LED등의 사용에 대한 연구, 전등과 형광등의 비교”,
건축도시연구정보센터(http://www.auric.or.kr/), 대한건축학회 학술발표대회 논문집 제28권 제1호 2008. 10. 24-25
2. 특허출원(출원인 : LG 전자 주식회사), “LED 냉각 시스템”
(2005. 10. 10. 출원번호 : 1020050095047)
3. 특허출원(출원인 : 잘만테크) “히트파이프를 이용한 냉각장치를 구비한 LED조명 조립체”
(2007. 1. 31. 출원번호 : 10-2008-0071812)
4. 특허출원(출원인 : LG 전자 주식회사), “LED 프로젝션 시스템의 LED소자 발열 장치”
(2007. 9. 3. 출원번호 : 1020070088914)

냉각팬 재원 - 팬모아
(http://www.fanmore.co.kr/)
열전소자의 가능성 - NDSL 동향분석
(http://radar.ndsl.kr/tre_ViewPop.do?ct=TREND&lp=SI&cn=GTB2007010037&SITE=KLIC)
열전소자 기술 분석 - 개인블로그
(http://blog.naver.com/uniformsoju?Redirect=Log&logNo=20015903549)
열전소자 - 네이버 두산백과사전
(http://100.naver.com/100.nhn?docid=113129/)
열전소자 재원 - ferrotec 홈페이지
(http://www.ferrotec.jp/kr/productlineup.html)
재베크효과 - 네이버 두산백과사전
(http://100.naver.com/100.nhn?docid=137514/)

LED 기술 분석 - 서울반도체(http://www.acriche.co.kr/kr/technology/tch02.asp)

LED 냉각 장치 - 매일경제 웹사이트
(http://news.mk.co.kr/newsflash/read.php?no=217371&year=2009&categorycode

첨부그림 출처
1. LED 발광 원리 - 하렉스웰텍 홈페이지(http://www.harexwell.co.kr/xe/morgue/288)
2. 온도에 따른 수명
네이버 블로그(http://blog.naver.com/solarluce?Redirect=Log&logNo=40063576158/)
3. 열전소자 개요 및 특성 - 써모트론(주)
(http://www.thermotron.co.kr/bemarket/shop/index.php?pageurl=viewpage&filename=03)
4. 흡열량과 온도차이의 관계 - 써모트론(주)
(http://www.thermotron.co.kr/bemarket/shop/index.php?pageurl=viewpage&filename=03)
5. 에코에너지인사이트 네이버카페
(http://cafe.naver.com/sdiecoenergy.cafe?iframe_url=/ArticleRead.nhn%3Farticleid=865)
6. 전기료 - 한국전력공사
(http://cyber.kepco.co.kr/cyber/01_personal/01_payment/payment_table/payment_table.jsp)
7. 열전소자 가격 - 에이스텍사 홈페이지
(http://www.coolicy.net/shopping/shop/list.html?a_gb=shop&a_cd=5&a_item=0&po_it_lclass=i30&sm=4_3&po_it_mclass=i30_20)