형상법칙(Constructal Theory)을 이용한 LED 가로등 HEATSINK 경량화 설계

Abstract

반도체 기술의 발전으로 기존에는 전기회로 부품이나 표시용 소자로 사용되던 LED(lighting emitting diode)가 또 다른 조명용 광원으로 대두되고 있다. 1960년대 말부터 LED 광원이 실용화되기 시작하였으며, 현재는 미래의 첨단 조명으로 많은 연구가 이루어지고 있다. LED는 전류를 공급하면 빛을 내는 화합물 반도체로 순수한 파장의 빛을 가진 단색광원체이다. 원색의 경우 단파장발광 으로 고순도 색상을 재현할 수 있으며, 단파장색의 혼합에 의해 중간색의 표현도 가능하다. LED의 특성상 기존전구의 1/20~1/50 정도의 저전력 소비와 제품제조에 EU의 RoHS에서 규제하는 6종 물질이 포함되지 않아 에너지 절감 및 환경 친화적 제품의 대표주자라 할 수 있다. 또한, 기존 전구 램프처럼 눈이 부시거나 Element(소자)가 단락되는 경우가 없어 소형으로 제작되어 각종 표시소자로 폭넓게 사용되고 있으며, 반영구적인 수명으로 그 활용도가 높다. 특히 청색 LED의 상용화로 LED Full-color 구현이 가능해지고 가격도 크게 낮출 수 있게 되면서 제품의 활용도는 급속히 높아질 전망이다. LED는 저전력, 저탄소 친환경의 장점을 가진 차세대 조명 광원이다. 국제적으로 2007년 초고유가의 시대적 흐름에 맞추어 국제적인 에너지 절약 기후변화협약에 따른 탄소배출 규제 등 에 합의가 이루어짐으로써 친환경적으로 에너지 절감이 우수한 LED를 보안등, 가로등 에 적용하는 방안을 채택하고 있다. 우리나라의 경우 2013년부터 온실가스 의무 감축 국가 포함이 확실시 되고 있는 상황에서 정부가 최근 저탄소 녹색성장 정책에 따라 2015년까지 일반 조명의 30% 이상을 LED 조명으로 대체하는 계획을 세우고 여러 지방차치단체가 LED 보안등, 가로등 설치를 진행 중에 있다. 2015년 까지 국내조명의 30%가 LED 조명으로 교체될 경우, 매년 100만 KW급의 원자력 발전소 2기의 전력 생산량에 해당하는 16.021GWh의 전력 절감이 예상된다. (지식경재부인용) 하지만 시중에 나온 LED보안등, 가로등의 경우 방열로 인한 무게로 인해 기존 가로등 보다 2배~4배 정도의 무게를 가지고 있다. 이러한 무게는 기존 가로등주 에 많은 부담이 될 수가 있다. 또한 늘어난 무게에 대한 비용 또한 무시 할 수 없는 상황이다. 본 연구에서는 LED 가로등 경량화를 위해 열 해석 을 실시하고 최적의 Profile을 설계함으로써 기존의 가로등에 근접한 무게로 경량화를 함과 동시에 열로 인한 광 손실을 최소로 하는 것을 목적으로 하고 있다.