KR102293252B1 - 선박용 항해등 및 이를 위한 제어보드 - Google Patents

Abstract

균일한 열분포와 높은 투과율 및 신속한 열가속성을 가진 면상 발열필름을 이용하여 초저온 환경에서도 우수한 발열 성능을 발휘할 수 있는 선박용 항해등에 관한 것으로, 항해등은 항해등 프레임, 항해등 프레임에 의해 항해등의 일측에 지지되는 항해등 글로브, 및 항해등 글로브의 내면 상에 배치되는 발열 디바이스를 포함하되, 발열 디바이스는, 베이스 기재, 베이스 기재 상에 적층되는 발열필름, 발열필름 상에 적층되는 전극부, 및 전극부를 게재하고 발열필름 상에 적층되는 보호필름을 구비하며, 발열필름은 열소재점들에 의한 줄무늬 열선을 포함한다.

Description

선박용 항해등 및 이를 위한 제어보드{NAVIGATION LIGHT FOR VESSEL AND CONTROL BOARD FOR THE SAME}

본 발명은 항해등에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 우수한 자체 발열기능을 통해 극저온 환경이나 다습한 환경에서도 신뢰성 있게 동작 및 기능을 발휘할 수 있도록 이루어진 선박용 항해등 및 이를 위한 제어보드에 관한 것이다.

항해등(A navigation light)은 선박에서 상호간의 충돌 등을 예방하여 안전한 항해 환경을 확보하기 위한 장치로서 장등, 좌현등, 우현등, 선미등, 예인등과 같은 1등식 혹은 2등식 신호등을 지칭한다. 항해등은 광원에서 나온 빛을 렌즈 또는 반사경을 사용하여 굴절 및 반사시켜 빛을 모아 외부로 방출하는 조명기구이다. 이러한 항해등은 국제해상충돌 방지규칙 등에 따라 선박의 특정 위치에 설치된다.

항해등은 주로 야간에 많이 사용되며, 안개, 연기 등에 의하여 시정에 제한되는 경우에도 사용하게 된다. 항해사는 운행중인 선박의 위치와 진행방향, 추월과 같은 운항 의지 등을 다른 선박의 항해사들이 인식하도록 항해등의 점등이나 점멸을 통해 선박 운항에 대한 의사표현을 하게 된다. 특히, 북극 또는 남극과 같은 초저온의 극지를 운항하는 선박은 눈, 얼음, 서리와 같은 자연현상에도 항해등의 빛이 외부에서 정상적으로 보일 수 있도록 설치 운영해야만 한다.

하지만, 초저온의 극지에서 항해등의 표면에 바닷물, 눈, 얼음, 서리 등이 들어붙어 어는 경우, 선박 운항에 대한 의사표현을 위한 조명기구로서 항해등이 적절하게 사용되지 못하는 경우가 종종 발생하고 있다. 그러한 경우, 항해사나 선장 또는 선원은 마스트(mast), 폴(pole) 등에 의해 지지되는 항해등의 표면에서 얼음이나 서리를 직접 제거해야 하는 어려움이 있다. 이와 같이 초저온의 극지 등에서도 항해등의 정상 동작을 방해하는 요소들을 차단할 수 있는 새로운 구성의 항해등이 요구되고 있다.

다른 한편으로, 투명 전도막은 도전성 물질을 증착시킨 필름의 종류로써 필름 표면의 저항, 내구성, 전기적 성질을 변화시킬 수 있고 투명하고 전기가 통하기 때문에 산업에 널리 이용되고 있다. 또한 투명한 히터 소재로도 쓰이고 있으며 활용 범위가 점점 늘어나고 있다. 특히 많이 사용되는 것은 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO)이며, 고온 증착 기술로 증착시키는 것이 일반적이고 투명 전극으로 오랫동안 이용되고 있다. 여러 금속(Zinc, Aluminum, Gallium 등)과 혼합한 산화물과 CNT, Ag 나노 와이어를 사용한 투명 히터 필름도 개발되고 있다.

일반적으로 ITO 물질을 이용하여 전자제품으로 활용되고 있지만 인듐은 희소성이 있는 금속으로 시간이 갈수록 가격이 오르고 있어 경제적인 면에서 어려움을 겪고 있고, 플렉서블로 사용하기가 거의 불가능 하다는 점에서 한계가 발생하고 있다. 또한 대부분 고온에서 증착이 가능하기 때문에 대면적 공정 비용이 많이 발생하고 있다.

발열체로 사용될 경우 그 외적 형태로 구분할 때 크게 선상 발열체와 면상 발열체로 구분 할 수 있다. 선상 발열체는 흔히 열선이라 일컫는 선형의 발열체로, 특히 자동차의 옆면 유리 및 후면 유리에 열선을 배치하여 눈이나 성에를 제거하기 위하여 사용된다. 이는 실과 같은 형태로 니크롬선 및 구리선 등을 유리에 접착하여 만들어진다. 이런 발열선 주위부분부터 발열이 시작되기 때문에 발열선 사이의 열 분포도가 떨어져 면 전체의 열 분산도가 고르지 못하고, 시창으로 사용 시 투명하지 않기 때문에 시야가 확보 되지 않는 단점이 있다. 또한, 발열선의 어느 한 부분이라도 끊어지면 전기가 통하지 않는 문제점이 있다.

그에 반해, 면상 발열체는 금속박판을 이용하거나 발열도료, 탄소섬유를 이용한 것이 있으며, 발열체의 양 끝에 전극을 설치하여 면 전체에서 발열이 일어나게 된다. 탄소섬유를 이용할 때, 탄소나노튜브(CNT) 액을 투명한 기판에 분사하고 소성시켜 면상 발연체로서의 CNT 필름을 제조할 수 있다.

한편, 종래의 면상 발열체는 전체 면에서 발열하는 장점이 있지만 광 투과도가 떨어져 시창용으로 사용하기에 어렵다. 또한, 기판으로써 일반적인 PET(Polyethylene Terephthalate) 등을 사용하여 스크래치 발생이 쉽고 내구성이 취약하며 대부분 높은 저항으로 고 전력에서만 발열이 가능한 단점이 있다. 면상 발열체로서 투명하여 여러 용도로 쓰일 수 있고, 내구성이 뛰어나며 저전력으로도 발열이 가능한 기술 개선이 필요하다.

공개실용신안공보 제20-2016-0000236호(2016.01.21.)

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 본 발명의 목적은 균일한 열분포와 높은 투과율 및 상대적으로 매우 짧은 가열가속 성능을 가진 열소재의 발열 필름을 채용함으로써 초저온 환경에서도 조명기구의 정상동작 환경을 효과적으로 제공할 수 있는 항해등을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 기상 조건이 빠르게 변화하는 해양을 항해하는 선박들에서 사용자가 실내 생활을 편리하게 하고 위험을 최소화하기 위하여 투명성이 유지되어야 할 조명이나 시창, 지구항법시스템(GPS) 등의 서림을 방지하고 성에를 제거해 주는데 유용하고, 또한 일교차가 크고 때로는 극한의 기온에 노출되기 때문에 기기의 고장 가능성을 줄이는데 적합하며, 초가속열소재를 이용한 면상발열체를 적용함으로써 높은 도전성으로 짧은 시간 내 발열이 가능하고 투과도가 뛰어나기 때문에 투명성 또한 충분히 유지 가능하며, 플렉서블한 소재 특성에 따라 곡면형 구조를 필요로 하는 항해등 조명 장치에 적용하기 적합한 항해등 및 이를 위한 항해등 제어보드를 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 항해등은, 항해등 프레임; 항해등 프레임에 지지되는 항해등 글로브; 및 항해등 글로브의 내면 상에 배치되는 발열 디바이스를 포함하되, 발열 디바이스는, 베이스 기재; 베이스 기재 상에 적층되는 발열필름; 발열필름 상에 적층되는 전극부; 및 전극부를 게재하고 발열필름 상에 적층되는 보호필름을 구비한다.

일실시예에서, 상기 발열필름은, 발열필름 기재; 발열필름 기재 상에 형성된 금속 산화물층; 금속 산화물층 상에 형성되고, 격자형으로 배열된 구형 점 형태의 열소재; 및 금속 산화물층과 열소재 상에 형성되는 도전성 접착층을 구비한다.

일실시예에서, 상기 열소재는 발열필름의 배치면에 격자형으로 배열되고, 열소재의 직경은 50㎚ 내지 100㎚이며, 인접한 열소재 유닛들 간의 간격 또는 이격 거리는 10㎚ 내지 20㎚이다.

일실시예에서, 상기 금속 산화물층은 발열필름 기재 상에 스트라이프 형태 또는 줄무늬 형태로 배치된다.

일실시예에서, 상기 열소재는 SnF₂, SnF₄, 주석 니켈 불화물(SnNiF), 주석 크롬 불화물(SnCrF), 주석 아연 불화물(SnZnF), 아연 니켈 불화물(ZnNiF) 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 포함한다.

일실시예에서, 상기 항해등은 항해등 프레임에 구비된 탑 프레임의 상부에 배치되어 탑 프레임의 상부 표면에 열을 가하는 제2의 발열 디바이스를 더 포함한다.

일실시예에서, 상기 항해등은 항해등 프레임에 속한 탑 프레임에 배치되는 태양전지를 더 포함하고, 상기 태양전지는 탑 프레임의 투명한 상부 커버를 통해 외부에 보이도록 배치된다.

일실시예에서, 상기 항해등은 외부에서 인가되는 신호나 전압에 의해 활성화되는 스위칭부, 및 상기 스위칭부의 동작에 따라 발열 디바이스에 전력을 공급하는 전원부를 더 포함한다.

일실시예에서, 상기 항해등은 항해등 프레임의 외부 또는 내부의 온도를 감지하는 센서, 및 상기 센서에서 측정되는 온도에 따라 미리 설정된 시간이나 주기에 따라 상기 스위칭부를 주기적으로 혹은 간헐적으로 활성화시키는 제어모듈을 더 포함한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 항해등을 위한 전장부품을 탑재하는 제어보드는, 항해등은 외부 또는 내부에서 인가되는 신호나 전압에 의해 활성화되는 스위칭부, 스위칭부의 동작에 따라 발열 디바이스에 전력을 공급하는 전원부, 항해등 프레임의 외부 또는 내부의 온도를 감지하는 센서, 센서에서 측정되는 온도에 따라 미리 설정된 시간이나 주기에 따라 스위칭부를 주기적으로 혹은 간헐적으로 활성화시키는 제어모듈을 포함한다.

일실시예에서, 상기 제어모듈은 센서의 신호가 입력되는 입력부, 상기 입력부의 전압을 기준 전압과 비교하는 비교부, 및 상기 비교부에서 출력되는 신호에 따라 상기 스위칭부의 동작을 턴온 또는 턴오프 제어하는 구동출력부를 포함한다.

전술한 선박용 항해등 및 이를 위한 제어보드를 사용하는 경우에는, 열분산 균일도가 높고, 광투과율이 높으며, 전력소모량이 적은 면상 발열필름을 구비함으로써 남극이나 북극 등의 초저온 환경에서도 항해등에 들러붙는 눈이나 얼음을 효과적으로 제거할 수 있고, 그에 의해 항해등의 작동 성능과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 표면 또는 계면 제어를 통해 투명 발열필름의 열분산을 제어함으로써 저전력으로 내부 발열 기능이 가능하고 극저온에서 조명, 시창, GPS 등의 서림 방지 및 성에 제거 효과가 우수하며, 단순한 구조로 제조가 용이하여 제조공정비용을 절감할 수 있는 선박용 항해등을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선박용 항해등(이하 간략히 '항해등'이라고도 함)에 대한 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 항해등에 채용할 수 있는 일부 내부 구성을 투영하여 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 1의 항해등에 채용할 수 있는 발열 디바이스를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 발열 디바이스를 항해등 적용 양태를 설명하기 위한 부분 정면도이다.
도 5는 도 4의 발열 디바이스의 부분 확대 정면도이다.
도 6은 도 4의 발열 디바이스의 작동 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 도 1의 항해등에 채용할 수 있는 제어보드에 대한 블록도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박용 항해등에 채용할 수 있는 발열필름에 대한 분해 사시도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선박용 항해등에 채용할 수 있는 발열필름에 대한 평면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선박용 항해등에 채용할 수 있는 다른 발열필름에 대한 평면도이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 항해등을 설명하기 위한 사시도들이다.
도 14 및 도 15는 도 11의 항해등 장치에 채용한 투명 발열 디바이스의 적용 사례를 설명하기 위한 그래프들이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 항해등을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

본 명세서에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선박용 항해등에 대한 개략적인 사시도이다. 도 2는 도 1의 항해등에 채용할 수 있는 일부 내부 구성을 투영하여 나타낸 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 항해등(navigation light, 100)은 버텀 프레임(bottom frame, 10), 탑 프레임(top frame, 20), 항해등 글로브(30) 및 발열 디바이스(50)를 구비한다. 본 실시예에서 발열 디바이스(50)는 항해등 글로브(30)의 내면 상에 배치된다. 버텀 프레임(10)과 탑 프레임(20)은 항해등 프레임으로 지칭될 수 있고, 이들 사이에는 항해등 글로브(30)가 배치될 수 있다.

또한, 항해등(100)은 항해등 프레임 내부에서 항해등 글로브(30)에 의해 둘러쌓이는 광원부(40)를 구비할 수 있다. 광원부(40)는 할로겐 램프, LED(light emitting diode) 램프, 메탈 램프, 수은 램프 등을 구비할 수 있다. 그 경우, 광원부(40)는 램프의 종류에 따라 전용 구동 드라이버나 전용 안정기 회로를 구비할 수 있다.

또한, 항해등(100)은 주변 온도에 따라 열적 환경을 자동 제어하기 위한 제어보드(70)가 탑재될 수 있다. 제어보드(70)의 일례에 대하여는 도 7을 참조하여 후술하기로 한다.

발열 디바이스(50)는 항해등 프레임이나 항해등 글러브에 의해 지지되어 초저온 환경에서 항해등(100)의 표면에 얼어붙은 얼음이나 서리를 제거할 수 있도록 동작한다.

본 실시예에 의하면, 항해등(100)이 위치하는 장소의 온도가 영하 수십 도(℃)에 달하여 항해등(100)의 표면에 눈, 얼음, 서리 등이 형성된 경우 이를 효과적으로 제거할 수 있다. 특히, 간단한 구조와 단시간에 빠른 온도 상승과 상대적으로 높은 온도를 갖는 특성에 의해 항해등의 열적 환경을 효율적으로 구성할 수 있다.

더욱이, 제어보드(70)에 탑재된 제어모듈에서 온도 센서에서 측정되는 온도에 따라 미리 설정된 패턴이나 주기로 발열 디바이스를 자동 활성화시킬 수 있고 그에 의해 초저온 환경에서 특히 유용한 항해등을 제공할 수 있다.

도 3은 도 1의 항해등에 채용할 수 있는 발열 디바이스를 설명하기 위한 분해 사시도이다. 도 4는 도 3의 발열 디바이스를 항해등에 적용한 양태를 설명하기 위한 부분 정면도이다. 도 5는 도 4의 발열 디바이스의 부분 확대 정면도이다. 그리고 도 6은 도 4의 발열 디바이스의 작동 결과를 설명하기 위한 그래프이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 항해등에 채용할 수 있는 발열 디바이스(50)는, 베이스 기재(51), 발열필름(52), 전극부(53) 및 보호필름(54)을 구비한다. 발열필름(52)은 베이스 기재(51)의 일면 상에 적층되고, 전극부(53)는 발열필름(52)의 일면 일부분 상에 적층되며, 보호필름(54)은 전극부(53)의 일부를 게재하고 발열필름(52) 상에 적층된다.

베이스 기재(51)와 보호필름(54)은 열에 의해 접착 기능이 활성화되는 열접착성 필름이거나, 광에 의해 접착 기능이 활성화되는 광접착성 필름일 수 있으며, 편의성, 신뢰성, 비용 등을 고려할 때 광경화성 수지를 이용하는 광접착성 필름인 것이 바람직하다. 또한, 베이스 기재(base substrate, 51)는 투명 필름 혹은 양면 접착성 필름일 수 있고, 보호필름(54)은 절연성 기능을 구비하거나 절연 필름 및/또는 일면 접착성 필름일 수 있다.

발열필름(52)은 베이스 기재(521)와, 베이스 기재(521) 상에 형성된 금속 산화물층(523)과, 금속 산화물층(523) 상에 형성되고 격자형으로 배열된 구형 점 형태의 열소재(525)와, 금속 산화물층(523)과 열소재(525) 상에 형성되는 도전성 접착층(527)을 구비할 수 있다.

열소재(525)는 불화주석(SnF₂), 사불화 주석(SnF₄), 주석 니켈 불화물(SnNiF), 주석 크롬 불화물(SnCrF), 주석 아연 불화물(SnZnF), 아연 니켈 불화물(ZnNiF) 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 포함한다.

본 실시에서 발열필름(52)는 도 4에 그 일부분(52a)을 확대하여 나타낸 바와 같이, 항해등 글로브의 내면 상에 스트라이프 형태 또는 줄무늬 형태로 설치될 수있다. 스트라이프 형태의 각 라인은 발열선으로 기능하며, 이를 위해 금속 산화물층 및 열소재는 폭 방향으로 일정 개수의 열소재점이 나열된 형태를 구비할 수 있다. 그 경우, 금속 산화물층이나 열소재에 의해 광원부의 빛이 차단되거나 산란되는 것을 크게 낮출 수 있다.

각 발열선에 배치되는 열소재점의 직경(d1)은 도 5에 발열 필름의 일부분(52b)이 확대 도시한 바와 같이 50㎚ 내지 100㎚이며, 인접한 열소재점들 간의 간격(w1)은 10㎚ 내지 20㎚일 수 있다.

열소재는 ECR(electron cyclotron resonance) MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 방식으로 제조한 물질로 기판(베이스 기재) 위에 나노닷(nano dot) 물질을 코팅 및 전사하는 방식으로 발열 디바이스를 제작할 수 있다. 그리고, 제작된 발열 디바이스는 전류 인가에 의해 발열하여 항해등의 해당 부분의 온도를 목표 온도까지 신속하게 상승시킬 수 있다.

다시 도 3을 참조하면, 발열 디바이스(50)은 베이스 기재에 금속산화물층이 형성된 금속복합산화물 필름(52 참조)에 전극부(53)를 라이네이션 부착하여 형성될 수 있다. 이 경우, 필름의 도전성 접착층으로부터 롤러와인더 공정을 통해 열소재 필름층의 열소재 베이스 기재를 제거할 수 있다.

전극부(53)는 전력 공급 혹은 전압/전류 인가를 위해 발열필름(52)의 일정 크기 이상의 영역에 적층 배치될 수 있다. 이때, 발열필름(52)과 전극부(53)의 중첩 영역의 모양은 발열필름(52)의 평면 모양에 따라 그 외각선의 일부를 따라 연장하는 형태를 구비할 수 있다.

발열필름(52)의 금속 산화물층(523)은 베이스 기재(521) 상에 금속 산화물을 증착시켜 형성될 수 있다. 증착은 상온에서 진행되고, 화학적 증착 방법을 이용할 수 있으나, 이 방법으로 한정되지는 않는다. 화학적 증착 방법은 예를 들어 금속 산화물 전구체에 전압을 인가하여 과응축된 금속 이온을 형성하고, 형성된 금속 이온이 화학결합을 통해 베이스 기재의 표면에 증착되도록 이루어질 수 있다. 상온에서 화학적 증착 방법을 사용하면, 열에 약한 고분자를 베이스 기재 상에 증착할 수 있고, 대면적 증착이 용이한 장점이 있다.

열소재(525)는 베이스 기재(521) 상에 도전성 접착제가 형성된 접착제 필름에 구 형태로 형성될 수 있다. 그 경우, 도전성 재료 혹은 금속 산화물층(523)의 재료는 니켈(Ni), 은(Ag), Ni/Au 등의 금속 재료를 포함할 수 있고, 접착제 혹은 접착층(527)은 광경화 타입일 수 있다.

여기서, 구형의 열소재(525)의 일부는 금속 산화물층(523)에 의해 덮히고 열소재(525)의 나머지 일부는 도전성 접착층(527)에 의해 덮히도록 배치될 수 있다. 또한, 발열필름(52)의 금속 산화물층(523)에서 열소재(525)를 덮는 부분은 확산층 또는 열확산층으로서 기능할 수 있다.

전술한 구(sphere) 형태의 열소재(525)는 상온 화학 연속 공정에 의해 형성될 수 있다. 상온 화학 연속 공정은, 마이크로파 발생기에서 생성된 마이크로파를 자계 형성 공간으로 안내하고, 자계 형성 공간 내로 플라즈마 소스 가스를 공급하고, 자계 형성 공간 내에서 플라즈마 소스 가스를 마이크로파에 노출시켜 플라즈마 상태로 유지하고, 플라즈마 내의 전자와 이온을 자계의 영향으로 전자회전공명(electro cyclotron resonance, ECR)시켜 높은 에너지 밀도의 플라즈마를 유지하고, 높은 에너지 밀도의 플라즈마 영역 내에 증착막 형성용 열소재 소스 가스를 투입하여 활성화된 이온을 제공하고, 활성화된 이온은 접착층의 표면에 순간 표면화학반응을 통해 구 형태의 열소재를 형성(증착)하는 일련의 단계들을 포함할 수 있다.

또한, 전술한 열소재(525) 형성 공정은 분산형 나노점 형성을 위한 스퍼터법에 비해 격자 배열 및 균일한 분포로 열소재점을 형성하도록 이루어질 수 있다. 격자 형태로 배열되는 열소재(525)는 50㎚ 내지 100㎚의 적정 직경을 가지며, 이 범위를 벗어나는 경우, 구조적 안정성이 감소됨에 따라 열 가속 특성이 떨어질 수 있다. 또한, 격자 형태로 배열되는 인접한 열소재들 간의 간격이 10㎚보다 작으면 광 특성이 떨어지는 경향을 보이고, 20㎚보다 크면 광 특성은 좋지만 열 보관 특성이 떨어져서 열 가속화 성능이 감소될 수 있다.

전술한 발열필름(52)의 구성에 의하면, 서로 인접한 열소재 주변에 형성되는 열 저장 영역들이 상호 작용하여 상승 효과를 나타내는 초가속 열 영역을 형성하게 된다. 열소재를 사용하면, 도 6에 도시한 바와 같이, 전원 투입 후 60초 동안 상온에서 약 97℃까지 열소재가 없는 경우의 온도 약 67℃(60초 경과시)에 비해 30℃ 높게 초가속 온도 상승을 나타내고, 300초 동안에는 상온에서 약 115℃까지 상승하여 열소재가 없는 경우의 온도 약 98℃에 비해 17℃ 정도 높게 유지되는 것을 알 수 있다.

도 7은 도 1의 항해등에 채용할 수 있는 제어보드에 대한 블록도이다.

도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 제어보드(70)는 스위칭부(71), 전원부(72), 센서(73) 및 제어모듈(74)을 포함한다. 제어보드(70)는 항해등 프레임의 버텀 프레임에 내장될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 탑 프레임에 내장되는 것도 가능하다.

스위칭부(71)는 선박 운항실의 항해등 조작반이나 이에 대응하는 컴퓨팅 장치를 포함한 전자제어 시스템으로부터 인가되는 신호(S1)나 전압에 의해 활성화될 수 있다. 스위칭부(71)는 전원부(72)에 연결되어 발열 디바이스에 대한 전원부(72)의 전원 공급 동작을 활성화시킬 수 있다.

전원부(72)는 선박의 전원 공급 장치에 연결될 수 있고, 리튬이온전지 등의 이차전지와 이차전치의 충방전을 제어하는 충방전 제어회로를 구비할 수 있다. 전원부(72)는 스위칭부(71)로부터의 신호에 따라 발열 디바이스에 전력을 공급하거나 전력 공급을 중단할 수 있다.

센서(73)는 항해등 프레임의 외부 또는 내부의 온도를 감지하는 온도 센서를 포함한다. 센서(73)는 측정된 신호를 제어모듈(74)에 전달하도록 제어모듈(74)에 전기적으로 연결될 수 있다.

제어모듈(74)은 센서(73)에서 측정되는 온도에 따라 미리 설정된 시간이나 주기에 따라 스위칭부(71)를 주기적으로 혹은 간헐적으로 활성화시킬 수 있다. 제어모듈(74)은 입력부(75), 비교부(76) 및 구동출력부(77)를 구비할 수 있다.

제어모듈(74)의 입력부(75)는 센서(73)의 신호를 비교부(76)에서 처리할 수 있는 신호 형태나 크기로 변환한다. 입력부(75)는 아날로그 디지털 컨버터나 증폭기를 포함할 수 있다. 비교부(76)는 센서(73)의 신호를 복수의 기준 레벨들이나 기준 테이블 신호와 비교하여 항해등의 주변 온도 레벨을 결정한다. 비교부(76)의 출력이 미리 설정된 신호이거나 미리 설정된 신호 레벨이면, 구동출력부(77)는 스위칭부(71)에 미리 설정된 전압 또는 전류를 인가하여 스위칭부(71)를 활성화시킬 수 있다. 구동출력부(77)의 신호에 따라 스위칭부(71)는 턴온 또는 턴오프 동작하고, 그에 의해 전원부(72)는 발열 디바이스의 전극부에 전력을 공급할 수 있다.

본 실시예에 의하면, 제어보드(70)를 통해 항해등의 열적 환경을 수동 및 자동 제어할 수 있어 사용자 편의성을 극대화할 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박용 항해등에 채용할 수 있는 발열필름에 대한 분해 사시도이다.

도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 선박용 항해등에 채용할 수 있는 발열필름(50)은, 베이스 기재(51), 발열필름(52), 전극부(53) 및 보호필름(54)을 구비한다. 전극부(53)는 전극부 기재(53a)와 전극부 기재(53a) 상에 형성되는 도전성 패턴(53b)을 구비한다. 도전성 패턴(53b)은 전극 배선 등으로 지칭될 수 있다.

베이스 기재(base substrate, 51)로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리이미드(polyimide, PI) 등의 상대적으로 높은 투명성을 갖고 낮은 인장 강도를 낮은 열가소성 플라스틱 소재가 사용될 수 있다.

발열필름(52)은 히팅 레이어(heating layer; H-layer) 등으로 지칭될 수 있으며, 금속 혼합 산화물(metal compound oxide)로 이루어진 금속산화물층을 구비할 수 있다.

전극부(53)는 외부의 전기에너지를 발열필름에 인가하기 위한 한 쌍의 단자들을 구비할 수 있다. 또한, 전극부(53)는 전극부 기재(53a) 및 도전성 패턴(53b)을 구비한다. 도전성 패턴(53b)은 한 쌍의 단자들에 대응하고, 전극 배선 등으로 지칭될 수 있다. 도전성 패턴(53b)은 은(Ag), 구리(Cu), 스틸(steel) 등의 금속성 재료로 이루어질 수 있다.

보호필름(54)은 베이스 기재(51) 상의 발열필름(52)과 전극부(53)를 보호하기 위한 것으로, PET, PI 등의 소재로 이루어질 수 있다.

베이스 기재(51)와 발열필름(52) 사이에는 접착제 혹은 접착층이 게재될 수 있다. 또한, 발열필름(52)과 보호필름(54)과의 사이 및 전극부(53)와 보호필름(54)과의 사이에는 접착제 혹은 접착층이 게재될 수 있다.

본 실시예에서 발열필름(52)는 도 3 내지 도 5를 참조한 전술한 실시예에서 언급한 구성과 유사하게 금속 산화물층과 도전성 접착층 사이에 격자형으로 배열되는 구형 점 형태의 열소재를 구비할 수 있다.

또한, 전술한 베이스 기재(51)의 재료로는 일반적으로 투명성을 필요로 하는 기판의 경우 PET 필름을 사용하고, 추가적인 요구조건에 따라 PI 필름을 사용할 수 있다. 또한, 필요에 따라 내구성을 강하게 하고 스크래치 방지를 위해 단면 하드코팅 처리된 PET 필름을 사용할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 발열 디바이스(50)는 베이스 기재(51) 위에 순차적으로 발열층인 발열필름(52)과, 투명 전도막 코팅층으로 형성될 수 있는 전극부(53)와, 전극부가 형성된 면상발열체는 코팅층 보호 및 투과도, 접합성을 높이기 위하여 광학용 투명 필름인 OCA(optically Clear Adhesive) 필름을 보호필름(54)으로서 부착하여 제작될 수 있다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선박용 항해등에 채용할 수 있는 발열필름에 대한 평면도이고, 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 선박용 항해등에 채용할 수 있는 다른 발열필름에 대한 평면도이다.

도 9 및 도 10에서는 전극부의 디자인 형태에 따른 발열 디바이스(50)의 외관을 나타내고, 발열 디바이스(50)의 디자인을 서로 다른 항해등의 형태에 따라 적절하고 손쉽게 변환할 수 있음을 보여준다. 이러한 구성에 의하면, 항해등의 기구적인 디자인에 따라 발열 디바이스(50)를 선택하여 부착하는 것이 가능하다.

전극부에 인가되는 전압, 예컨대 정격전압 DC 12~18V, AC 110~240에 의해 투명 발열필름을 구비한 발열 디바이스(50)가 면상발열체로서 구동 가능하다. 이때, 발열 디바이스(50)는 선 형태의 발열체보다 열 분산도 및 분포도가 균일하여 선박용 항해등에 유용하다.

도 9를 참조하면, 발열필름(50)의 전극부는 상부측 제1 전극(53b1)과 하부측 제2 전극(53b2)을 구비하고, 제2 전극(53b2)의 일단부에는 외부 배선이나 커넥터와의 접속을 위한 패드부(53b3)가 더 구비되도록 이루어질 수 있다.

또한, 도 10을 참조하면, 발열필름(50)은 발열필름 기재(51)의 길이 방향의 양 단부에서 일측 폭 방향으로 나란히 연장하는 기재 연장부(51a)를 구비한다. 기재 연장부(51a)에 대응하여 전극부의 도전성 패턴(53b)로 연장 설치될 수 있다. 이 경우, 도전성 패턴(53b)의 보호를 위해 발열필름 기재(51)의 기재 연장부(51a)에 대응하여 보호필름도 보호필름 연장부를 구비할 수 있다.

도 11 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 항해등을 설명하기 위한 사시도들이다.

본 실시예들에서는 투명 발열필름이 적용된 선박용 항해등의 다양한 디자인을 예시한다.

도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 항해등(100)은 열소재 기반의 발열 디바이스를 구비하는 조명기구로서 다양한 형태와 구조로 변형되어 사용될 수 있다. 일례로, 항해등 글로브(30)가 곡면을 가지는 경우에도 항해등 글로브(30)의 오목한 내면 상에 발열 디바이스(50)를 부착하여 항해등의 열적 환경을 효과적으로 개선할 수 있다.

또한, 도 12에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 항해등(100)은 2등식 글로브(30a, 30b)를 구비한 항해등 형태로 구현될 수 있다. 2등식 글로브(30a, 30b)는 볼록한 두 개의 볼록한 외표면 부분들 사이에 오목한 골짜기 형태의 외표면이 게재된 구조를 가질 수 있다. 본 실시예의 항해등(100)은 2등식 글로브(30a, 30b)의 변형된 형태를 제외하고 도 11의 항해등과 실질적으로 동일할 수 있다.

또한, 도 13에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 항해등(100)은 2등식 항해등에도 효과적으로 적용될 수 있다. 2등식 항해등(100)은 제1 항해등 글로브(31) 내부에 배치되는 제1 광원부(40)와 제2 항해등 글로부(32) 내부에 배치되는 제2 광원부(42)를 구비한다. 제1 항해등 글로브(31)와 제2 항해등 글로브(32)는 이들 사이에 배치되는 중간 프레임(24)에 의해 버턴 프레임(10)과 탑 프레임(20) 사이에 지지된다. 제1 항해등 글로브(31)의 내측면과 제2 항해등 글로브(32)의 내측면에는 필름 형태의 발열 디바이스(50)가 각각 부착될 수 있다.

한편, 원통형 기구물 내부에 직접 박막코팅을 하는 것은 고르게 막 두께를 형성하는 것이 어렵고 저항도 불균일해 진다는 문제점을 가지고 있다. 이에 따라 본 실시예에서는 직접 코팅 대신 원통형 기구물 안쪽의 2D 표면인 굴곡면에 발열필름을 부착하는 기술을 통해 균일한 열분포도를 가질 수 있으며, 이후 불량 교체 등에도 손쉽게 필름만 교체가 가능하다는 이점을 가진다.

발열 디바이스(50)는 플렉서블 성능이 뛰어나 선박 조명의 항해등 프레임이나 항해등 글로브(50)를 곡면 형태로도 적용하는 것이 가능하다(도 11 참조). 항해등 프레임(10, 20)에 램프(40)를 설치하여 선박용 원통형 조명을 제작할 수 있다.

또한, 선박 조명의 일종인 항해등의 틀 혹은 항해등 글로브는 도 12에 도시한 바와 같은 튜브형 항해등 글로브(30a, 30b) 형태를 가질 수 있다.

또한, 항해등은 도 13에 도시한 바와 같이 2단 구조형 틀을 구비하도록 제작될 수 있다. 여기서, 항해등의 틀은 항해등 프레임과 항해등 글로브를 포함한 구성부를 지칭할 수 있다.

본 실시예에 의하면, 선박에서 극저온의 상태일 때도 발열 구동이 가능하고 성에 제거 및 서리 방지에 효과를 줄 수 있는 항해등 장치를 제공할 수 있다.

도 14 및 도 15는 도 11의 항해등 장치에 채용한 투명 발열 디바이스의 적용 사례를 설명하기 위한 그래프들이다.

도 14는 초가속 열소재로 제작한 발열필름을 항해등 기구물에 장착한 후 -30℃의 환경에서 전력을 인가시켰을 때 시간에 따른 발열 테스트 결과를 나타낸다.

발열 테스트 결과에 나타낸 바와 같이, 극저온의 환경과 저전력에서도 30분 이내에 평균 온도가 영상(0℃ 이상)까지 상승하므로 기구물 작동에 충분한 발열 구동이 가능한 것을 보여준다.

외부의 기온 -30℃에서 항해등을 작동시킨 후 30분 경과된 시점에서 항해등 각 부위의 온도를 각각 나타내면 [표 1]과 같다.

-30℃에서	외부T	외부TC	외부C	외부BC	외부B	외부(챔버)
온도[℃] (30분)	11.9	15.2	4.9	16.8	-1.7	-32.2

전술한 구성에 의하면, 항해등의 구조 및 형태에 따라 하나 또는 복수의 발열 디바이스를 적용하여 항해등 글로브에 얼어붙는 눈, 바닷물, 서리 등을 효과적으로 제거할 수 있고, 그에 의해 항해등의 작동 신뢰성을 향상시키고 실질적으로 장치의 수명을 연장시킬 수 있다. 아울러, 외부 기온 -50℃에서의 실험에서도 유사한 발열 테스트 결과를 나타냄을 확인하였다.

도 15는 초가속 열소재로 제작한 발열필름을 항해등 기구물에 장착하고 전력을 인가한 후 발열 디바이스의 온도를 약 33℃에서 약 70℃로 상승시키는 경우(E1)와 약 26℃에서 약 50℃로 상승시키는 경우(E2)에 대략 60W의 전력을 소비하는 것을 확인되었다. 이것은 발열필름 평면 사이즈가 가로 및 세로 200㎜×300㎜인 경우로서 상대적으로 전력 소모량을 작은 것을 알 수 있다.

도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 항해등을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 항해등(100a)는, 도 1 내지 도 7을 참조하여 앞서 설명한 항해등(100)과 유사하거나 동일한 구성요소들을 구비할 수 있다. 다만, 본 실시예의 항해등(100a)은 중간 프레임(25)의 일측에 형성된 개구부(27)를 덮도록 항해등 글로브(30)가 배치된 구조를 구비한다. 항해등 글로브(30)과 마주하는 중간 프레임(25)의 내면측에는 반사거울(미도시)이 구비될 수 있다.

또한, 항해등 글로브(30)의 내면 상에 발열 디바이스가 배치되는 구성에 더하여 탑 프레임(20)의 상부에 제2의 발열 디바이스(50a)를 더 구비할 수 있다. 이 발열 디바이스(50a)는 항해등(100a)의 탑 프레임(20) 상부에 얼어붙는 바닷물이나 눈을 제거하기 위해 탑 프레임(20)의 상부면에 열을 제공한다. 이 경우, 항해등(100a)은 발열 디바이스(50a)의 동작 제어를 위해 스위칭부의 기능을 확장하거나 별도의 스위칭부를 추가할 수 있다.

또한, 항해등(100a)은, 메인 전원의 공급이 차단되거나 단전되는 경우, 일정 시간 동안 자체 전력을 공급하기 위한 배터리를 구비할 수 있으며, 그 경우 배터리의 충전을 위한 태양전지(80)를 구비할 수 있다.

태양전지(80)는 탑 프레임(20)의 상부에 배치될 수 있다. 태앙전지(80)는 발열 디바이스(50a)가 배치되는 영역을 제외하고 탑 프레임(20)의 상부면 대부분을 덮도록 설치될 수 있다. 이 경우, 탑 프레임(20)은 발열 디바이스(50a)와 태양전지(80)를 덮고 외부의 이물질이나 충격으로부터 이들을 보호하기 위해 투명한 상부 커버를 구비할 수 있다.

본 발명의 구성에 의하면, 항해등의 열적 환경을 항해등 글로브 측면과 프레임 측면에서 고려할 수 있고, 그에 의해 초저온 환경에 위치하는 항해등에 발생하는 문제를 효과적으로 방지하거나 해소할 수 있으며, 따라서 장치의 작동 성능과 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 아울러, 항해등의 유지관리나 운영관리에 있어 사용자 편의성을 극대화할 수 있는 장점이 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 양태으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

1. 항해등 프레임;
   상기 항해등 프레임에 지지되는 항해등 글로브; 및
   상기 항해등 글로브의 내면 상에 배치되는 발열 디바이스를 포함하되,
   상기 발열 디바이스는, 베이스 기재, 상기 베이스 기재 상에 적층되는 발열필름, 상기 발열필름 상에 적층되는 전극부, 및 상기 전극부의 일부를 게재하고 상기 발열필름 상에 적층되는 보호필름을 구비하며, 상기 발열필름은 열소재점들에 의한 줄무늬 열선을 포함하고,
   상기 항해등 글로브는 곡면을 포함하며, 상기 발열 디바이스는 플렉서블 성능을 가지며, 상기 항해등 글로브의 곡면의 오목한 내면 상에 상기 발열 디바이스가 부착되어 있는 항해등.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 발열필름은,
   발열필름 기재;
   상기 발열필름 기재 상에 형성된 금속 산화물층;
   상기 금속 산화물층 상에 형성되고, 격자형으로 배열된 구형 점 형태의 열소재; 및
   상기 금속 산화물층과 상기 열소재 상에 형성되는 도전성 접착층을 구비하는 항해등.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 열소재는 상기 발열필름의 배치면에 격자형으로 배열되고, 상기 열소재의 직경은 50㎚ 내지 100㎚이고 인접한 열소재 유닛들 간의 이격 거리는 10㎚ 내지 20㎚인 항해등.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 금속 산화물층은 상기 발열필름 기재에 스트라이프 형태 또는 줄무늬 형태로 배치되는 항해등.
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 열소재는 SnF₂, SnF₄, 주석 니켈 불화물(SnNiF), 주석 크롬 불화물(SnCrF), 주석 아연 불화물(SnZnF), 아연 니켈 불화물(ZnNiF) 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는 항해등.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 항해등 프레임에 구비된 탑 프레임의 상부에 배치되어 상기 탑 프레임의 상부 표면에 열을 가하는 제2의 발열 디바이스를 더 포함하는 항해등.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 탑 프레임의 상부 표면에 배치되는 태양전지를 더 포함하고, 상기 태양전지는 상기 탑 프레임의 투명한 상부 커버를 통해 외부에 보이도록 배치되는 항해등.
8. 항해등을 위한 전장부품을 탑재하는 제어보드로서,
   항해등의 외부 또는 내부에서 인가되는 신호나 전압에 의해 활성화되는 스위칭부;
   상기 스위칭부의 동작에 따라 발열 디바이스에 전력을 공급하는 전원부;
   항해등 프레임의 외부 또는 내부의 온도를 감지하는 센서; 및
   상기 센서에서 측정되는 온도에 따라 미리 설정된 시간이나 주기에 따라 상기 스위칭부를 주기적으로 혹은 간헐적으로 활성화시키는 제어모듈;
   을 포함하고,
   상기 항해등은 곡면을 포함하며, 상기 발열 디바이스는 플렉서블 성능을 가지며, 상기 항해등의 곡면의 오목한 내면 상에 상기 발열 디바이스가 부착되어 있는 제어보드.

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