에너지 절감에 최적화된 강력한 LED 기반 기차 전조등 Powerful LED-based train headlight optimized for energy savings
에너지 절감에 최적화된 강력한 LED 기반 기차 전조등
Powerful LED-based train headlight optimized for energy savings
연구팀은 기존의 광원을 사용하는 전조등에 필요한 에너지의 10 분의 1을 사용하는 새로운 LED 기반의 전조등을 설계했다. 매일 8 시간 동안 작동하면 새로운 디자인의 전기 절감으로 온실 가스 이산화탄소 배출량을 연간 약 152 킬로그램 줄어든다.
YouTube
Powerful LED-based train headlight optimized for energy savings
http://conpaper.tistory.com/64286
edited by kcontents
전조등은 전방 궤도를 밝힐 뿐만 아니라 철도 운송에서도 중요한 역할을 한다. 열차를 멈추기가 어렵기 때문에 전조등은 사람들이나 차량이 기차길을 이탈할 수 있는 충분한 시간을 제공하기에 충분히 멀리 떨어져도 볼 수 있어야 한다. 백열등이나 할로겐 전구를 사용하는 전통적인 열차 전조등은 안전 규정을 준수할 만큼 충분히 밝지만 조명에 전력을 공급하는 대부분의 에너지가 가시 광선이 아닌 열로 변환되기 때문에 에너지 효율이 떨어진다.
연구팀은 광원으로 LED를 사용하는 기관차 전조등을 설계하기 위해 공학팀과 디자인 회사와 공동으로 전조등을 개발했다. 더 적은 에너지를 요구하는 것 외에도, LED는 기존의 광원보다 더 오래 지속되고 작고 더 견고하다.
시장에서 판매되는 일부 LED 전조등 제품은 많은 부분에서 중복되는 출력을 갖는 많은 LED로 설계되었으며, 이러한 설계는 많은 에너지를 낭비한다. 연구팀은 LED 에너지를 균등하게 분배하는 최선의 방법에 초점을 맞춤으로써 전기 사용량을 줄일 수 있음을 보여주었다.
광학회(The Optical Society)의 저널인 응용 광학 (Applied Optics)에 10 개의 고효율 LED를 기반으로 새로운 열차 전조등 디자인을 발표했다. 이 디자인은 수백 와트를 사용하는 백열등이나 할로겐 램프와 동일한 광도를 달성하기 위해 총 20.18 와트를 사용했다. 열차가 플랫폼을 통과할 때 대기중인 승객을 눈이 멀게 하는 것을 피하기 위해 LED의 일부를 끄면 새로운 전조등을 흐리게 표시할 수도 있다.
자동차에 사용되는 것과 매우 유사하게, 열차 전조등은 전형적으로 광원과 포물선 모양 또는 컵 모양의 반사 표면을 결합하여 방출 된 빛을 빔으로 집중시킨다. LED가 에너지 절약을 위한 훌륭한 옵션이지만, 가장 에너지 효율이 높은 LED는 더 작은 빛을 방출한다. 이러한 이유로 연구팀은 열차 전조등으로 사용할 만큼 큰 빔을 생성하기 위해 여러 개의 고효율 LED의 작은 출력을 더 큰 원형 출력으로 결합해야 했다.
여러 개의 LED를 결합하는 것은 몇 개의 단일 LED를 사용하는 것보다 비용이 많이 들며 더 많은 전력을 소비한다. 따라서 포물선 표면이 LED 조명을 반사하는 방식을 분석함으로써 요구 사항을 충족시키는데 필요한 가장 낮은 수의 고효율 LED를 최적으로 배치하는 방법을 이용했다.
연구팀의 목표는 미국 연방 규정에 요구되는 1.25 배의 밝기를 제공하는 전조등이었다. 이 규정은 열차 전조등의 전조등 강도가 최소 200,000 칸델라이고 전조등 앞에서 최소 800 피트를 밝힐 것을 요구한다.
Powerful LED-based train headlight optimized for energy savings/m.phys.org
edited by kcontents
에너지를 절약하고 연방 지침을 준수하기 위해 LED를 배치하는 것은 몇 가지 어려움이 따랐다. 연구팀은 대형 빔을 생성하기에 충분할 만큼 LED 출력을 겹쳐지도록 했지만 더 많은 LED가 필요하지 않으며 따라서 더 많은 에너지가 필요했다. 또한 회로 손상을 방지하기 위해 열을 발산하기 위해 LED를 충분히 멀리 배치해야 했다.
LED를 위치시키는 것은 고효율의 열차 전조등을 만들기 위해 연구팀은 두 개의 원형 원형 포물선 알루미늄 처리 반사체를 사용했다. 함께 사용하면 각 반사경의 강한 광선이 조합되어 연방 지침을 충족하는데 필요한 광도를 생성한다. 또한 이 설계는 LED를 구동하는데 필요한 회로 배치를 단순화시켰는데, 그 이유는 LED가 반사경을 분리하는 수평 분배기에 수용될 수 있었기 때문이다.
LED를 반사경에 배치할 위치를 결정하기 위해 연구팀은 먼저 각 LED의 최적 위치를 추정한 다음 일련의 테스트 및 시뮬레이션을 사용하여 해당 조명 패턴에 따라 각 LED의 최종 위치를 미세 조정했다. 다른 과학자들은 다른 응용 분야에서 LED의 대략적인 위치를 결정하기 위해 연구팀이 유도한 선형 방정식을 사용할 수 있다. 이것은 위치를 미세 조정하기 전에 LED 위치를 결정하는데 필요한 시간을 상당히 단축할 수 있다.
Powerful LED-based train headlight optimized for energy savings/m.phys.org
edited by kcontents
연구팀은 전조등이 일반적으로 완전한 포물선 반사경 표면을 사용한다고 지적했다. 이것은 반 포물선 반사경 표면을 2 개 조합 한 최초의 설계이다. 반사경의 LED 배치를 체계적으로 분석함으로써 전력 소비를 최소화하면서도 교통 안전과 관련된 요구 사항을 충족시킬 수 있었다.
연구팀은 이제 상용 제품으로 디자인을 바꾸기 위해 노력하고 있다. 비록 새로운 디자인이 낮은 전력 소모를 보이지만, 여전히 약간의 폐열을 발생시킨다. 디자인을 상용화하기 전에 연구팀은 새로운 전조등을 위한 방열 시스템을 개발하고 테스트해야 할 것이다.
ndsl
kcontents
.
