항로표지는 선박의 안전과 운항능률의 증진에 필수적인 수단으로 해상교통에 필수적이다. 등명기는 육상 및 해상에서 광파표지로 다양하게 활용되고 있으며 최근들어 장수명 및 저전력 소비의 장점을 갖춘 LED 광원의 적용이 확산되고 있다. 본 연구는 다중 배광 및 픽셀라이팅 기술 구현을 통해 등부표의 회전 운동에도 수평빔 유지제어가 가능한 신형 LED 등명기를 개발하여 암전 영역 제거 및 등질 인지향상을 통해 해양 사고 방지 및 해양 안전 향상을 목표로 한다. 등부표용 신형 LED 등명기 개발을 위해 다중 렌즈 및 픽셀 라이팅과 같은 광원/광학 기술과 제어 구동 시스템 설계 기술의 적용하였다. 본 연구에서 개발한 신형 LED 등명기는 등부표에 최적화된 수평배광 유지가 가능한 세계 최초의 등명기 시스템으로 국제 표준 제안 등을 통해 향후 세계 시장 진출을 추진하고자 한다.
초기의 LED(light emitting diode)는 광 출력이 낮아 각종 기계장치의 Table 시용 소자로 많이 사용되었으나, LED 기술의 발달로 고출력 고휘도로 색 Table 현이 가능하게 되었다. 따라서 교통 신호등, 대형 전광판, 자동차Table 시과 같은 디스플레이로 사용하고 있으며, 높은 광량을 요구하는 백열등, 형광등과 같은 실내외 조명에서도 LED가 사용되고 있다. 항로Table 지에 사용되는 등명기 또한 전구에서 LED로 교체되었으며, 초기의 해상용 LED 등명기는 다수의 LED를 사용하여 제작되었다. 하지만 고출력 LED의 개발로 광학 설계만 새롭게 한다면 소수의 LED만을 사용하더라도 해상용 LED 등명기에서 요구하는 광도 및 배광을 만족시킬 수 있다.
종래의 전구식 등명기의 경우 중량이 많이 나갈 뿐만 아니라 전구의 교체시기가 짧고 전력소모가 심하다는 문제가 있었다. 또한 5mm 포탄형 저휘도 LED램프의 경우에는 수명이 길고 저전력이라는 장점이 있으나, 근래에는 해상의 배후광이 높아져 개당 소비전력이 1W(와트) 이상인 고휘도 파워 LED를 광원으로서 채택하는 등명기가 등장하고 있는 실정이다. 그런데, 이러한 고휘도 파워 LED의 경우 종래의 포탄형 LED에 비하여 광도는 매우 높으나, 소비전력이 상대적으로 매우 높으며, 그에 따라 발열이 심하다는 문제가 있다. 따라서, 고휘도 파워 LED를 채용하여 등명기의 광도를 높이는 경우에는 반드시 방열 문제를 고려해야 한다. 그렇지 않으면, 고휘도 파워 LED의 발열로 인하여 제품이 안정적으로 구동할 수 없으며, 결국에는 관련 부품의 고장이나 파손으로 이어지기 때문이다. 본 연구는 종래의 전구식 램프나 저전력 포탄형 LED램프를 대체하여 고휘도 파워 LED램프를 광원으로 적용함에 있어, 등명기의 중량을 증가시키지 않는 구조로서 보다 효과가 우수한 방열기술을 개발하기 위한 것이다.
야간에 항로를 알려주는 등명기는 항상 점등 되어 있어야 한다. 따라서 중요한 장소에는 주 등명기 뿐만 아니라 예비 등명기를 추가 설치 운영해야한다. 이는 추가적인 경제적 비용 및 설치공간부족 등 많은 제약조건이 따르게 된다. 하지만 연구 중인 예비기능을 구비한 등명기가 개발되면 이러한 문제점을 해결할 수 있다. 본 논문에서는 예비기능을 구비한 등명기와 통신을 하기 위한 프로토콜을 제안한다.
우리나라 해역에서 선박의 대형화, 고속화와 선박교통량의 증가 및 항만과 해양개발 등으로 해상교통 환경은 급속하게 변화하고 있으며, 항로의 좌 우 측방 한계 표시, 항행위해요소의 표시 등의 용도로 사용되는 등 명기는 항만, 연안해역 및 내륙수로에서 통항 선박의 안전을 위하여 그 수요가 점진적으로 늘어나고 있다. 항로표지에 사용하는 등명기의 정기검사는 항로표지법 제31조 및 "항로표지용장비 용품검사기준(해양수산부고시 제2013-101호, 2013.5.8)"에 따라 3년 주기로 수검하여 합격품에 한하여 사용토록 규정하고 있다. 등명기의 정기검사 유효기간에 대한 검증을 위하여 설치장소, 해상여건 등을 고려한 현장시험을 통하여 등명기의 사용 기간에 따른 열화 특성을 조사하고 적정 정기검사주기 및 교체 주기에 대한 분석의 필요성이 대두되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 LED 등 명기의 실제 사용 환경에서 사용 경과 시간에 따른 광학적 특성, 전기적 특성 및 외관상태 등을 조사하고 분석하여 사용시간 경과에 따른 LED 등명기의 특성 변화에 대하여 기술하였다.
기술의 발달로 다양한 분야의 소재 및 부품의 기능이 비약적인 발전을 보이고 있다. 이러한 발전된 기술을 해상용 등명기와 부표에 응용하여 기존의 규격에 한정하지 않고, 다양한 제품을 개발함으로서 국내 제품의 기술력을 향상 시키고 이를 바탕으로 해외 시장에 진출할 수 있는 계기를 마련 할 수 있다.
해상에서 선박 등에게 광력을 제공하기 위한 등명기의 전기 에너지 생산이 태양광과 풍력 발전에 의하여 이루어 질 수 있도록 하는 신재생에너지 융합 발전 기능을 구비하였으며, 실시간으로 상태 모니터링이 가능하도록 원격단말장치를 내장한 9해리용 일체형 LED 등명기 기술 개발에 관한 것이다.
최근 100여년이 지난 수은조식 3등대형 개량사업을 거문도 등대에서 시행하였으며 독성 있는 수은제거 및 광원의 LED화, 무중단을 대비한 2중화 시스템등을 설치하였으며 이는 국내 최초의 LED 회전식 등명기 설치 및 운용사례라고 볼 수 있다. 등명기 전체 프레임에 대한 원형 복원이 이루어졌으며 2중구조 베어링 설치와 원격제어시스템을 통해 실시간 현황파악이 가능하다. 설치후 한빛호를 통한 광학측정을 통해 유효광도 200만cd 부동광도 300cd의 광학적 성능을 확보하여 LED 광원을 사용한 국내 회전식 등명기 도입의 효율적인 가능성을 입증했다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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