초록 ▼

핵심기술
LED 광원의 집광을 위한 렌즈설계기술, 고출력 LED의 광속을 유지하기 위한 방열 및 기구 설계기술, 고출력 LED의 섬광제어 기술 등

최종목표
◦ 20해리용 점멸식 LED 해상용등명기 개발
- 집광렌즈 광학설계, 구조설계, 시제품 제작.
- LED모듈설계, 방열설계 및 열유동해석.
- 섬광제어기 설계 및 PCB 제작.
- 외부함체 구조설계, 시제품 제작.
- 시험 및 평가 : 공인시험기관을 통한 “광학시험”, “전기적시험”, “내환경 시험”, “내구성 시험“을 실시하고

핵심기술
LED 광원의 집광을 위한 렌즈설계기술, 고출력 LED의 광속을 유지하기 위한 방열 및 기구 설계기술, 고출력 LED의 섬광제어 기술 등

최종목표
◦ 20해리용 점멸식 LED 해상용등명기 개발
- 집광렌즈 광학설계, 구조설계, 시제품 제작.
- LED모듈설계, 방열설계 및 열유동해석.
- 섬광제어기 설계 및 PCB 제작.
- 외부함체 구조설계, 시제품 제작.
- 시험 및 평가 : 공인시험기관을 통한 “광학시험”, “전기적시험”, “내환경 시험”, “내구성 시험“을 실시하고 기준목표 달성

개발내용 및 결과
가. 집광렌즈 광학설계 및 시제품 제작 기술
집광렌즈는 해상용등명기의 전체 광효율, 전기적효율과 구조를 결정하게 되는 핵심 부품으로 광학설계, 광학해석 및 시제품제작의 진행에 있어 추진계획일정에 비해 보다 많은 시간을 할애하였다.

특히 집광렌즈는 집광효율을 극대화하기 위해 LED 개별집광렌즈 적용방식을 채택하였으며 렌즈 전용 전동사출성형기로 시제품을 정밀 성형하여 목표로 한 수직발산각(“하한 ±1.5° 이상, 상한 ±8°이내”) 기준을 달성하였다.

나. LED모듈과 방열판의 설계 및 시제품 제작 기술
LED모듈은 2개의 고출력 Power LED, 메탈 PCB, 프로파일형 방열판 그리고, 2개의 집광렌즈로 구성하였다. 1차 시작품에서 4개의 Power LED와 집광렌즈로 구성하였으나, 전제 조립구조에서 보다 안정적인 LED 출력과 LED 수명연장을 위해 최종 시제품에서는 2개씩으로 수정 보완하고 프로파일 방열판을 일체형으로 성형하여 조립성과 성능을 향상시켰다. 또한, 수차례에 걸친 열해석 시뮬레이션과 공인시험기관을 통한 내열성 및 내한성시험과 LED 광속유지율 시험으로 방열성능을 검증하였다.

다. 섬광제어기 설계기술
본 개발제품은 광원이 계속 점등되어있는 “회전식”과 달리 광원이 점멸하는 “점멸식”으로 고출력 Power LED 176개를 동시에 점멸제어하고 250종 이상의 등질구현과 등질 시간오차가 ±5%(sec) 이내로 정밀하게 동작되도록 설계․제작되었다. 또한 무부하전류 목표기준 이하로 동작되고 일광감지기의 점소등 조도 목표기준 법위 내에서 동작되도록 설계․되었다. 이를 공인시험기관의 광학적 특성시험과 전기적특성 시험을 통해 검증하였다. 이외에도 LED 모듈의 정전류제어에 있어 입출력 전압차를 최소화하여 효율을 높였으며 GPS 동기점멸 기능의 제어와 RS-232 통신을 통한 강제 점소등 제어, 상태정보 확인이 가능하도록 제작하였다.

라. 외부함체 기구설계 및 시제품 제작 기술
외부함체(하부등체함)는 LED모듈, 집광렌즈, 방열판 등을 포함하는 상부등체를 지지하고 설치하기 위한 구조물로 상부등체(실제 중량 : 약 118kg)의 중량 이상을 충분히 지지하도록 설계하였다.

안전율은 최대 35배(설계 중량 : 4150kgf)까지 반영되었음을 구조해석을 통해 검증하였다. 또한, 상부등체는 22개의 LED모듈을 1단으로 조립하고 이렇게 조립된 각 단을 볼트와 실링용 오링을 이용하여 간단히 4단 적층 조립되도록 조립편의성을 고려하여 기구설계 하였다. 시제품에 대해서는 공인시험기관을 통한 방수성능을 검증하였다.

마. 전원장치 모듈 사양 도출 및 시제품 제작 기술
1개의 LED모듈에는 4개의 LED Package가 조립되고 LED모듈은 22개를 1회로(단)으로 구성하며 총 4회로(단)로 조립되도록 최종 설계되었다. 각 LED모듈의 소비전력은 전력손실을 고려했을 때 약 16.5W로 1회로 당 약 363W되며 전체 소비전력은 약 1450W로 도출된다. 이렇게 도출된 소비전력을 바탕으로 전원장치 1개의 모듈 용량을 2000W로 산정하였으며 전원장치 보호를 위해 서지보호기를 내장하여 시제품을 제작하였다 더불어 전원장치 함체는 2개의 전원장치 모듈을 용이하게 탈부착할 수 있도록 설계하여 제작하였다.

기술개발 배경
해상용등명기는 선박의 안전운항을 위한 항로표지 산업의 한 분야로 항로표지 및 항만공사관련 업계 이외에 일반 산업현장에서는 생소한 산업분야이다. 특히 국내에서의 해상용등명기의 제작은 10개 내외의 업체에서 국한되어 제작되어지고 있으며, 광달거리가 12해리를 초과하는 LED 해상용등명기 제품을 생산하는 곳은 전무한 상태이다.

국외의 항로표지 업계에서도 12해리를 초과하는 LED 해상용등명기를 생산하는 곳은 선진국 업체 수개에 국한되어 있다. LED 소형 해상용등명기의 제작기술은 현재 보편화된 상태이다.

국내의 해상용등명기는 해양수산부의 표준규격을 기준으로 하고 있으며, 표준규격에는 대형등명기, 중형등명기, 소형등명기로 크게 분류되어 있다. 현재 국내에서 제작되고 있는 소형등명기는 광원은 모두 전구식에서 LED식 전환되어 제작되어지고 있으나, 전반적으로 전구식는 사양화되고 LED식으로 전환이 되어가고 있다.

하지만, 광달거리가 12해리를 초과하는 중형등명기와 대형등명기는 전구식에 국한되어 있으며 이는 LED와 관련한 기술적 한계(구조설계기술, 전원제어기술, 방열기술, 집광렌즈 기술 등)와 설치환경(전원) 등의 문제와 연관이 깊다.

선진국에서는 최근 Power LED의 급속한 발전과 더불어 15NM에서 20NM용까지 점멸식, 회전식 LED 중형등명기를 다양하게 제작하여 설치운영을 하고 있는 실정이다. 이러한 현상이 지속된다면 결국 선진국 제품을 수입해서 사용하는 결과를 가져오게 되고 국내의 해상용등명기 산업은 위축될 우려가 높다.

국내의 주요 수요처인 해양수산부 산하의 지방해양항만청에서도 LED식 중대형등명기에 대한 장점을 충분히 인지하고는 있으나, 국내 생산품이 없을뿐더러 해외 제품에 대한 수입과 제품금액의 부담 등으로 검토를 못하고 있는 실정이다. 따라서 국내 항로표지 업체에서 LED식 중대형등명기가 개발된다면 국내 항로표지산업 발전의 큰 전환점이 될 것이다.

핵심개발 기술의 의의
◦ 국내 최초의 20해리용 점멸식 LED 해상용등명기 개발
- 신규개발 여부 : 국내기준 신규.
- 집광렌즈/방열/제어 기술개발 난이도 : 상.(선진국 수준)
- 국산화 정도 : 80%.(전자소자 및 LED를 제외한 모든 부품 국산화)
- 해외기술 도입을 통한 개발여부 : 해당없음.(기술수준만 확인)
- 기술수출 가능성 : 해당없음.(직접생산 및 제품수출)

적용 분야
가. 육지초인용 표지
해안선에서 20해리 이상의 해양을 항행하는 선박에게 육지를 초인하게 하거나 선위를 확정하는데 이용하는 항로표지

나. 연안 표지
해안선에서 20해리 이하의 해양을 항행하는 선박의 선위를 확정하는데 필요한 항로표지

다. 항만인지 표지
항만의 소재를 표시하여 선박의 위치를 확정하는데 필요한 항로 표지

(출처 : 최종보고서 초록 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 초록 ... 4
• 2016년 기술이전사업화 사업 주요성과 ... 13
• 목차 ... 16
• 제 1 장 서론 ... 18
• 제 1 절 사업 개요 ... 18
• 제 2 절 국내·외 관련 기술의 현황 ... 25
• 제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적·경제적 파급 효과 ... 29
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과 ... 32
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 32
• 제 2 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 36
• 제 3 절 수행 결과의 보안등급 ... 40
• 제 4 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 41
• 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 42
• 제 1 절 기술사업화 최종결과 ... 42
• 제 2 절 기술사업화 추진 체계 ... 48
• 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 115
• 제 4 절 고용 창출 효과 ... 119
• 제 5 절 자체보안관리진단표 ... 120
• 부 록 ... 122
• 부록-2 논문 발표 증빙서류 ... 123
• 부록-5 설계도면(전체 조립도) ... 159
• 부록-6 회로도(섬광제어 및 정전류제어) ... 161
• 끝페이지 ... 167